DE102008000707A1

DE102008000707A1 - Electric motor's i.e. electronic commutation motor, rotor positioning method for motor vehicle area, involves achieving initial position when output signal of rotor position determination device remains unchanged for certain time interval

Info

Publication number: DE102008000707A1
Application number: DE102008000707A
Authority: DE
Inventors: Robert Kern
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2009-09-24

Abstract

The method involves aligning a rotor (200) by supply of a stator winding (112) of a stator (100) of an electric motor (1) and bringing the rotor to an initial position. The initial position is achieved, when an output signal of a device for determination of a rotor position (3) of the electric motor remains unchanged for a certain time interval. A rotor angle counter (342) is set for the device for determination of the rotor position, temporally after achieving of the initial position of the rotor to zero and/or a fixed value. An independent claim is also included for a control device for positioning a rotor of an electric motor i.e. electronic commutation motor, for motor vehicle area.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines Rotors eines Elektromotors, insbesondere eines EC-Motors für den Kraftfahrzeugbereich.The The invention relates to a method for positioning a rotor an electric motor, in particular an EC motor for the The automotive sector.

Stand der TechnikState of the art

Z. B. in einem Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs befinden sich automatisiert betätigte Übertragungseinrichtungen für Drehmomente, wie z. B. Getriebe und/oder Kupplungen. Für eine Betätigung solcher Einrichtungen werden oftmals Aktoren in Form von Elektromotoren, insbesondere EC-Motoren (EC: Electronic Commutation – also elektronisch kommutiert), vorgesehen. Solche EC-Motoren werden mit elektronischen Ansteuerelementen gesteuert bzw. geregelt, welche z. B. eine Steuerungseinrichtung mit einer Leistungsendstufe sowie Einrichtungen zur Bestimmung der Rotorposition des EC-Motors umfasst.Z. B. in a drive train of a motor vehicle are automated actuated transmission facilities for Torques, such. As gear and / or clutches. For Actuation of such devices often become actuators in the form of electric motors, in particular EC motors (EC: Electronic Commutation - so electronically commutated), provided. Such EC motors are controlled by electronic control elements or regulated, which z. B. a control device with a Power output stage and devices for determining the rotor position of the EC motor.

Bei den EC-Motoren werden meist drei elektrische Phasen für eine Erzeugung eines elektrischen Drehfelds elektrisch bzw. elektronisch kommutiert. Bei 6-, 9-, 12- oder mehrpoligen EC-Motoren werden einzelne Polzähne eines Stators des EC-Motors in der Regel mit Einzelzahnspulen bewickelt. Eine jede Phase einer Statorwicklung hat dabei mindestens einen Wicklungsstrang mit einer, zwei, drei, vier oder mehreren Einzelzahnspulen. Üblicherweise werden dabei die Einzel zahnspulen der einzelnen Wicklungsstränge zueinander parallel oder in Reihe geschaltet.at The EC motors are usually three electrical phases for a generation of a rotating electrical field electrically or electronically commutated. For 6-, 9-, 12- or multi-pole EC motors are single Polzähne of a stator of the EC motor usually with Einzelzahnspulen wound. Each phase of a stator winding has at least a winding strand with one, two, three, four or more Single-tooth coils. Usually, the individual toothed coils the individual winding strands parallel to each other or connected in series.

EC-Motoren gemäß dem Stand der Technik verwenden verschiedene Einrichtungen zur Bestimmung einer Position eines Rotors des EC-Motors, welche die für die elektronische Kommutierung notwendigen Informationen liefert. So gibt es Einrichtungen mit drei oder mehr Hallsensoren, welche die Rotorposition in elektrische Sektoren codieren. Ferner gibt es sensorlose Einrichtungen, die z. B. mit Testpuls-, Testsignal-, BackEMF- oder ähnlichen Prinzipien arbeiten. Darüber hinaus existieren auch Kombinationen dieser sensorlosen Einrichtungen.EC motors According to the prior art use different Means for determining a position of a rotor of the EC motor, which the information necessary for electronic commutation supplies. So there are facilities with three or more Hall sensors, which encode the rotor position into electrical sectors. There are also there are sensorless devices that z. With test pulse, test signal, BackEMF or similar principles. About that In addition, combinations of these sensorless devices exist.

Die DE 103 37 564 A1 offenbart einen EC-Motor mit hoch auflösenden Inkrementalgebern, wobei eine Kommutierung des EC-Motors mit Prüfpulsen und Hallsensoren durchgeführt wird. Hierfür weist der EC-Motor eine Steuerungseinrichtung mit einer Kommutierungslogik und einer Leistungsstufe, sowie eine Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition auf, welche ihrerseits eine Einrichtung zur Rotorpositionsmessung umfasst. Durch die Einrichtung zur Rotorpositionsmessung sind Statorwicklungen des EC-Motors mit elektrischen Prüfpulsen beaufschlagbar, um anhand einer Signalantwort eine aktuelle Rotorposition zu bestimmen. Für die Dauer des Messverfahrens muss der EC-Motor kurzfristig leistungsfrei geschaltet werden.The DE 103 37 564 A1 discloses an EC motor with high-resolution incremental encoders, wherein commutation of the EC motor is performed with test pulses and Hall sensors. For this purpose, the EC motor has a control device with a commutation logic and a power stage, and a device for determining the rotor position, which in turn comprises a device for rotor position measurement. By means of the rotor position measurement device, stator windings of the EC motor can be acted upon by electrical test pulses in order to determine a current rotor position based on a signal response. For the duration of the measurement procedure, the EC motor must be short-circuited for a short time.

Beim Einschalten der Steuerungseinrichtung des EC-Motors, ist zunächst nicht bekannt, in welcher Winkellage sich der Rotor des EC-Motors befindet. Dies stellt jedoch eine wichtige Information für einen einwandfreien Betrieb des EC-Motors dar, da die Rotorposition, insbesondere bei Stell- oder Verstellmotoren, eine Lage eines Stellglieds, z. B. einer Kupplung oder einem Getriebe, repräsentiert und ferner die Kommutierung des EC-Motors daraus abgeleitet wird. D. h. es muss ein geeignetes Verfahren angewendet werden, um die Winkellage des Rotors bzw. eine Rotorlage beim Einschalten des Elektromotors zu bestimmen.At the Turning on the control device of the EC motor, is first not known in which angular position the rotor of the EC motor located. However, this provides important information for proper operation of the EC motor, since the rotor position, in particular in positioning or adjusting motors, a position of an actuator, z. As a clutch or a transmission represented and further, the commutation of the EC motor is derived therefrom. Ie. a suitable procedure must be applied to the Angular position of the rotor or a rotor position when switching on the electric motor to determine.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes oder alternatives Verfahren zur Bestimmung der Rotorposition eines Elektromotors, insbesondere eines EC-Motors, zur Verfügung zu stellen. Hierbei soll einerseits eine Ausgangsposition des Rotors beim Einschalten einer Steuerungseinrichtung des Elektromotors bestimmt werden und andererseits aus dieser Information heraus bei einem weiteren Betrieb des Elektromotors, die Rotorposition zu jedem Zeitpunkt des Betriebs des Elektromotors bestimmt werden können. Ferner soll erfindungsgemäß auf eine vergleichsweise kostenintensive Sensorik, welche z. B. mit drei oder mehr voneinander entfernten Hallsensoren oder mit Strommesssensoren arbeitet, verzichtet werden können.It It is an object of the invention, an improved or alternative Method for determining the rotor position of an electric motor, in particular an EC motor to provide. in this connection on the one hand, a starting position of the rotor when switching a control device of the electric motor can be determined and on the other hand, from this information in another operation of the electric motor, the rotor position at any point in time of operation of the electric motor can be determined. Furthermore, according to the invention a comparatively costly sensor, which z. B. with three or more Hall sensors that are remote from each other or with current measuring sensors works, can be waived.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren zum Positionieren eines Rotors eines Elektromotors, insbesondere eines EC-Motors für den Kraftfahrzeugbereich, gemäß Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.The The object of the invention is achieved by a method for positioning a rotor of an electric motor, in particular an EC motor for the Motor vehicle area, solved according to claim 1. Further Embodiments of the invention will become apparent from the dependent Claims.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Positionieren eines Rotors eines Elektromotors wird der Rotor durch ein bevorzugt initiales Bestromen einer Statorwicklung eines Stators des Elektromotors ausgerichtet und in eine Ausgangsposition gebracht. Erfindungsgemäß wird die Ausgangsposition des Rotors eingenommen, wenn sich ein Ausgangssignal einer Messeinrichtung für eine Rotorwelle des Rotors nicht mehr ändert bzw. sich für eine bestimmte Zeitspanne nicht mehr geändert hat. Gemäß der Erfindung kann die Messeinrichtung für die Rotorwelle eine Einrichtung zur Bestimmung einer Rotorposition, z. B. ein Inkrementalgeber, sein, der einen oder eine Mehrzahl von Hallsensoren, Lichtschranken oder kapazitiven Gebern aufweist. Ferner sind Kombinationen davon erfindungsgemäß anwendbar. Durch die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition ist die Lage des Rotors des Elektromotors zeitlich nach dem Einnehmen der Ausgangsposition des Rotors bestimmbar. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung weist die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition zwei Hallsensoren auf, die zusammen einen Inkrementalgeber bilden.In the method according to the invention for positioning a rotor of an electric motor, the rotor is aligned by a preferably initial energization of a stator winding of a stator of the electric motor and brought into an initial position. According to the invention, the starting position of the rotor is assumed when an output signal of a measuring device for a rotor shaft of the rotor no longer changes or has not changed for a certain period of time. According to the invention, the measuring device for the rotor shaft, a device for determining a rotor position, for. As an incremental encoder, be, having one or a plurality of Hall sensors, photoelectric sensors or capacitive sensors. Furthermore, combinations thereof are applicable according to the invention. By the means for determining the rotor position, the position of the rotor of the electric motor can be determined temporally after taking the starting position of the rotor. In preferred embodiments of the invention, the device for determining the rotor position on two Hall sensors, which together form an incremental encoder.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, zeitlich nach dem Bestromen einer Statorwicklung, eine weitere Statorwicklung zu bestromen, wobei es hierbei bevorzugt ist, dass die ursprünglich bestromte Statorwicklung nicht mehr bestromt wird. Dieses Bestromen einer weiteren Statorwicklung wird insbesondere dann durchgeführt, wenn sich beim ersten Bestromen einer Statorwicklung ein Ausgangssignal der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition nicht geändert hat. In einem solchen Fall kann es sein, dass ein magnetisches Rotorfeld mit einer Polarisierung, einem magnetischen Statorfeld mit derselben Polarisierung exakt gegenüberliegt und sich der Rotor daher nicht drehen kann. In einem solchen Fall würde durch ein nur einmaliges Bestromen einer Statorwicklung eine falsche Ausgangsposition des Rotors festgestellt.In An embodiment of the invention makes it possible to temporally after the energization of a stator winding, another stator winding to energize, whereby it is preferred that the original energized stator winding is no longer energized. This energizing another stator winding is carried out in particular then when the first energizing a stator winding, an output signal the device for determining the rotor position not changed Has. In such a case, it may be that a magnetic rotor field with a polarization, a magnetic stator field with the same Polarization is exactly opposite and therefore the rotor can not turn. In such a case would by a only one energization of a stator winding a wrong starting position of the rotor.

In Ausführungsformen der Erfindung ist es möglich, dass der Rotor zeitlich nach dem Einnehmen der Ausgangsposition bis zu einer Anschlagposition, bevorzugt einer mechanischen Anschlagposition, gedreht wird und zeitlich daran anschließend wiederum mittels obigem Verfahren in eine zweite Ausgangsposition gebracht wird. D. h. der Rotor wird zunächst in eine initiale bzw. erste Ausgangsposition gebracht, bis zur Anschlagposition betrieben und anschließend durch ein Bestromen einer Statorwicklung in die zweite Ausgangsposition gebracht, die von der Anschlagposition um einen bestimmten Drehwinkel entfernt liegt. Dieser Drehwinkel kann z. B. ein bestimmter Drehwinkel sein, oder auch eine benachbarte Ruheposition des Rotors, die mittels obigem Verfahren etablierbar ist. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, hierbei auf das Anfahren der ersten Ausgangsposition zu verzichten und den Elektromotor sofort bis zum Anschlag zu betreiben und anschließend mittels obigem Verfahren die Ausgangsposition einzunehmen.In Embodiments of the invention make it possible that the rotor time after taking the starting position up to a stop position, preferably a mechanical stop position, is rotated and then subsequently by means of the above method is brought to a second starting position. Ie. The rotor is first in an initial or first Starting position, operated to the stop position and then by energizing a stator winding in the second starting position brought by the stop position is located at a certain angle of rotation. This angle of rotation can z. B. be a certain angle of rotation, or even an adjacent Rest position of the rotor, which can be established by the above method is. Furthermore, it is possible according to the invention to do without the start of the first starting position and to operate the electric motor immediately to the stop and then to take the starting position by the above method.

Hierbei ist es erfindungsgemäß möglich, dass durch ein aufeinander folgendes, einzelnes Bestromen von Statorwicklungen nach der Anschlagposition gesucht wird. Nimmt hierbei der Rotor nicht seine gewünschte Position gegenüber dem Stator ein, so handelt es sich um einen Anschlag. Der Rotor befindet sich in seiner Anschlagposition, wobei dann erfindungsgemäß die zeitlich zuvor bestromte Statorwicklung bestromt werden kann oder der Rotor um einen bestimmten Drehwinkel gedreht wird, sodass der Rotor in seine Ausgangsposition gelangt. Ein Detektieren der Anschlagposition erfolgt dahingehend, dass sich das Ausgangssignal der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition nicht mehr ändert bzw. für eine bestimmte Zeitspanne nicht mehr geändert hat.in this connection is it possible according to the invention that by a sequential, single energizing of stator windings is searched for the stop position. Take the rotor not its desired position relative to the stator A, it is an attack. The rotor is located in its stop position, in which case according to the invention can be supplied with current previously energized stator winding or The rotor is rotated by a certain angle of rotation, so that the rotor gets into its starting position. Detecting the stop position is done in that the output of the device to determine the rotor position no longer changes or not changed for a certain period of time Has.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird in beide Drehrichtungen des Elektromotors nach der Anschlagposition des Rotors gesucht. Dies erfolgt bevorzugt zunächst mit einem kleinen Drehwinkel in eine Richtung. Falls keine Anschlagposition gefunden wurde, wird mit dem gleichen oder einem etwas größeren Drehwinkel in die andere Drehrichtung nach der Anschlagposition gesucht. Wird wiederum keine Anschlagposition detektiert, so wird mit dem größeren der beiden letzten bzw. einem noch größeren Drehwinkel in der ursprünglichen Drehrichtung nach der Anschlagposition gesucht. Dies erfolgt so lange alternierend – also in beide Drehrichtungen – mit steigendem Drehwinkel, bis die Anschlagposition des Rotors eingenommen ist.In preferred embodiments of the invention will be in both Direction of rotation of the electric motor according to the stop position of the rotor searched. This is preferably done first with a small angle of rotation in one direction. If no stop position has been found, then with the same or a slightly larger angle of rotation searched in the other direction of rotation after the stop position. Will turn no stop position detected, so will with the larger the last two or an even larger angle of rotation in the original direction of rotation after the stop position searched. This takes place so long alternating - so in both directions - with increasing angle of rotation until the stop position of the rotor taken is.

Eine Ausgangsposition des Rotors kann nun benachbart, insbesondere direkt benachbart, zu dieser Anschlagposition liegen und ist von der Anzahl der Statorwicklungen (Stromphasen), einer Anzahl der Polzähne im Stator und einer Anzahl der Magnetpole des Rotors abhängig. Diese Vorgehensweise ist allerdings nur bei einem vergleichsweise harten Anschlag sinnvoll. Ganz allgemein ergibt sich eine maximal verdrehte Lage der Anschlag- zur Ausgangsposition einerseits durch eine Division des Vollkreises durch die Anzahl der Statorwicklungen sowie durch eine fortgesetzte Division von ganzzahligen Vielfachen der Polzähne sowie der fortgesetzten Division von ganzzahligen Vielfachen der Magnetpole des Rotors.A Starting position of the rotor can now adjacent, in particular directly adjacent to this stop position and is determined by the number of Stator windings (current phases), a number of pole teeth in the stator and a number of magnetic poles of the rotor dependent. This procedure is however only with a comparatively hard stop meaningful. In general, a maximum results twisted position of the stop to the starting position on the one hand a division of the full circle by the number of stator windings and by a continued division of integer multiples of the pole teeth as well as the continued division of integer ones Multiples of the magnetic poles of the rotor.

Gemäß der Erfindung kann eine betreffende Statorwicklung, also eine initial oder eine danach im Weiteren bestromte Statorwicklung mit einer Gleichspannung versorgt bzw. einem Gleichstrom betrieben werden. Prinzipiell ist dabei zunächst eine Polarität der betreffenden Gleichspannung und somit eine Richtung des Stromflusses egal. Es ist erfindungsgemäß möglich, statt dem Bestromen einer weiteren Stromwicklung dieselbe Stromwicklung zu bestromen, jedoch mit einer anderen elektrischen Polarität, sodass sich ein dem ursprünglichen entgegengesetztes magnetisches Feld ausbildet. D. h. unter einem Bestromen einer weiteren Statorwicklung soll auch das Bestromen derselben Statorwicklung verstanden werden, wobei diese mit einer anderen elektrischen Polarität betrieben wird.According to the Invention, a relevant stator winding, so an initial or a subsequently energized stator winding with a DC voltage supplied or operated a direct current. In principle, there is initially one polarity the relevant DC voltage and thus a direction of current flow no matter. It is possible according to the invention instead of energizing another current winding the same current winding to energize, but with a different electrical polarity, so itself a magnetic opposite to the original one Field training. Ie. under an energizing another stator winding should also be understood the energizing the same stator winding, these operated with a different electrical polarity becomes.

Zeitlich nach dem Einnehmen der oder einer Ausgangsposition des Rotors, kann ein Rotorwinkelzähler auf Null bzw. einen vorher festgelegten Wert gesetzt werden. Der Rotorwinkelzähler kann dabei ein Bestandteil einer Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale oder ein Bestandteil einer Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition sein, welche wiederum bevorzugt ein Bestandteil der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition ist/sind. Es ist bevorzugt, dass zeitlich nach dem Einnehmen der Ausgangsposition des Rotors und einem zeitlich folgenden Betrieb des Elektromotors, die betreffende Statorwicklung weiterhin mit Gleichspannung versorgt wird und der Rotor dadurch in seiner Ausgangsposition festgehalten wird.After taking the rotor or an initial position of the rotor, a rotor angle counter can be set to zero or a predetermined value. The rotor angle counter can be a component of a device for evaluating the sensor signals or a component of a device for calculating the rotor position, which in turn is preferably a part of the device for determining the rotor position is / are. It is preferred that in time after taking the starting position of the rotor and a subsequent operation of the electric motor, the relevant stator winding is further supplied with DC voltage and the rotor is thereby held in its initial position.

Je nachdem wie genau die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition und der Rotor zueinander ausgerichtet sind, kann erfindungsgemäß ein Winkelversatz zwischen diesen beiden berücksichtigt sein. D. h. in Ausführungsformen der Erfindung kann der Winkelversatz zwischen einer Kommutierungsposition des Elektromotors und dem Ausgangssignal der Messeinrichtung für die Rotorwelle berücksichtigt werden. Ein Bestimmen eines solchen Winkelversatzes erfolgt bevorzugt bei einem stromlosen Stator und einem sich drehenden Rotor. Beim Berücksichtigen des Winkelversatzes wird ein regelmäßig auftretendes Ausgangssignal oder alle auftretenden Ausgangssignale der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition mit einer in einer oder in einer Mehrzahl von in Statorwicklungen auftretenden, induzierten Spannungen synchronisiert.ever after how exactly the device for determining the rotor position and the rotor are aligned with each other, according to the invention, an angular offset be considered between these two. Ie. in embodiments The invention can be the angular offset between a commutation position of the electric motor and the output signal of the measuring device for the rotor shaft are taken into account. Determining a such angular displacement is preferably carried out at a currentless stator and a rotating rotor. When considering the angular misalignment becomes a regularly occurring output signal or all occurring output signals of the device for determination the rotor position with one in one or a plurality of synchronized induced voltages occurring in stator windings.

Erfindungsgemäß kann der Rotor des Elektromotors zeitlich nach einem nicht mehr gewünschten Betrieb des Elektromotors bis zu einem Halt abgebremst und bevorzugt in einer momentfreien Position angehalten. Hierbei kann bis zu einem endgültigen Abschalten des Elektromotors bzw. einer Steuerungseinrichtung für den Elektromotor, der Rotor durch Bestromen einer Statorwicklung in dieser Position gehalten werden. In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann der Winkelversatz zwischen der idealen Kommutierungsposition und einer dazu korrespondierenden Position der Rotorwelle und/oder eine Stillstandposition des Rotors in einem Speicher abgelegt werden. Hierbei ist der Speicher bevorzugt ein nichtflüchtiger Speicher, der Bestandteil des Elektromotors oder außerhalb des Elektromotors, z. B. in einer zentralen Motorsteuerung (ECU), angeordnet sein kann.According to the invention the rotor of the electric motor in time after a no longer desired Operation of the electric motor braked to a stop and preferred stopped in a moment-free position. This can be up to a final shutdown of the electric motor or a control device for the electric motor, the rotor by energizing a stator winding be held in this position. In preferred embodiments The invention can be the angular offset between the ideal commutation position and a corresponding position of the rotor shaft and / or a standstill position of the rotor are stored in a memory. Here, the memory is preferably a non-volatile Memory, which is part of the electric motor or outside of the electric motor, z. In a central engine control unit (ECU), can be arranged.

Kurzbeschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings closer explained. In the drawing show:

1 in einer schematischen Darstellung eine Anordnung eines Elektromotors mit zugehöriger Steuerungseinrichtung sowie einer Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition des Elektromotors; und 1 in a schematic representation of an arrangement of an electric motor with associated control device and a device for determining the rotor position of the electric motor; and

2 schematisch eine Mehrzahl von Signalgraphen, welche bei einem Betrieb des Elektromotors auftreten. 2 schematically a plurality of signal graphs, which occur during operation of the electric motor.

Die Figuren der Zeichnung, deren Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Einem Fachmann ist dabei klar, dass diese Merkmale auch einzeln betrachtet werden können oder sie zu weiteren, hier nicht explizit beschriebenen Kombinationen zusammengefasst werden können.The Figures of the drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. A specialist is It is clear that these features can also be considered individually or to other combinations not explicitly described here can be summarized.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments the invention

1 zeigt eine elektrische Maschine 1, insbesondere einen Elektromotor 1, sowie eine Einrichtung zur Bestimmung einer Rotorposition 3 und eine Steuerungseinrichtung 4 für den Elektromotor 1, wobei letztere den Elektromotor 1 gemäß Informationen der Einrichtung zur Bestimmung einer Rotorposition 3 steuert bzw. regelt. Der Elektromotor 1 weist einen Stator 100 auf, an welchem drei Polzähne 110 jeweils in einem Winkelabstand von 120° bezogen auf ein Zentrum des Stators 100 zueinander benachbart und bevorzugt nach innen in den Stator 100 hineinstehend angeordnet sind. Die drei Polzähne 110 tragen jeweils eine Statorwicklung 112, 114, 116, wobei jede Statorwicklung 112, 114, 116 mit jeweils einer elektrischen Leitung 120 elektrisch leitend verbunden ist und von einem elektrischen Strom durchflossen werden kann. 1 shows an electric machine 1 , in particular an electric motor 1 , As well as a device for determining a rotor position 3 and a controller 4 for the electric motor 1 , the latter being the electric motor 1 according to information of the device for determining a rotor position 3 controls or regulates. The electric motor 1 has a stator 100 on which three pole teeth 110 each at an angular distance of 120 ° relative to a center of the stator 100 adjacent to each other and preferably inwardly into the stator 100 are arranged standing inside. The three pole teeth 110 each carry a stator winding 112 . 114 . 116 where each stator winding 112 . 114 . 116 each with an electrical line 120 is electrically connected and can be traversed by an electric current.

Die aufgrund der Stromflüsse durch die Statorwicklungen 112, 114, 116 entstehenden elektromagnetischen Kräfte treten in Wechselwirkung mit einem ring- bzw. kreisscheibenförmigen Rotor 200, der im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus zwei in etwa gleich großen, halbkreisringförmigen Magnetpolen 210, 220 aufgebaut ist. Hierbei können die Magnetpole 210, 220 als Permanent- oder Gleichstrommagnetpole ausgebildet sein. Der Rotor 200 ist fest mit einer Rotorwelle 230 verbunden, welche den Rotor 200 im Zentrum des Stators 100 drehbar lagert und sich im Wesentlichen parallel zur Längsachse (in 1 nicht dargestellt) des Stators 100 erstreckt. Bei einer entsprechenden Strombeaufschlagung der Statorwicklungen 112, 114, 116 wird der Rotor 200 und somit auch die Rotorwelle 230 in eine Drehbewegung um ihre Längsachse herum versetzt.The due to the current flows through the stator windings 112 . 114 . 116 arising electromagnetic forces interact with a ring or circular disk-shaped rotor 200. , in the present embodiment of two approximately equal-sized, semi-circular magnetic poles 210 . 220 is constructed. Here, the magnetic poles 210 . 220 be designed as a permanent magnet or DC magnetic poles. The rotor 200. is fixed with a rotor shaft 230 connected to the rotor 200. in the center of the stator 100 rotatably supports and substantially parallel to the longitudinal axis (in 1 not shown) of the stator 100 extends. With a corresponding current application of the stator windings 112 . 114 . 116 becomes the rotor 200. and thus also the rotor shaft 230 offset in a rotational movement about its longitudinal axis.

Die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 weist einen Inkrementalgeber – basierend z. B. auf einem oder mehreren Hallsensoren, Lichtschranken, kapazitiven Gebern etc. – auf. Hierbei ist es möglich, unterschiedliche Messprinzipien für einen einzelnen Elektromotor 1 anzuwenden. In der dargestellten Ausführungsform umfasst der Inkrementalgeber einen bevorzugt als ersten Hallsensor 310 ausgebildeten ersten Inkrementalgeber 310 und einen bevorzugt als zweiten Hall sensor 320 ausgebildeten zweiten Inkrementalgeber 320. Ferner umfasst die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 eine Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale 330, welche einer Drehzahl- und Drehrichtungsermittlung dient, und eine Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340, welche bevorzugt einen Rotorwinkelzähler 342 aufweist.The device for determining the rotor position 3 has an incremental encoder - based z. B. on one or more Hall sensors, photoelectric sensors, capacitive sensors, etc. - on. It is possible, different measuring principles for a single electric motor 1 apply. In the illustrated embodiment, the incremental encoder preferably comprises a first Hall sensor 310 trained first incremental encoder 310 and a preferred as a second Hall sensor 320 ausgebil the second incremental encoder 320 , Furthermore, the device for determining the rotor position comprises 3 a device for evaluating the sensor signals 330 , which serves a rotational speed and direction determination, and means for calculating the rotor position 340 , which preferably a rotor angle counter 342 having.

Die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 umfasst ferner einen Ringmagnet 300, der ein kreisscheibenförmiges Trägerelement 302 aufweist, welches koaxial auf der Rotorwelle 230 sitzt und mit diesem fest, bevorzugt aber lösbar verbunden ist. Entlang eines äußeren Umfangs des Trägerelements 302 sind kreisringsegmentförmige Magnetelemente 304 angeordnet, welche jeweils zwei im Wesentlichen gleich große Magnetenpole 305, 306 aufweisen. Eine Anordnung der Magnetelemente 304 ist dabei derart gewählt, dass sich eine kreisringförmige, alternierende Abfolge der Magnetpole 305, 306 ergibt.The device for determining the rotor position 3 further comprises a ring magnet 300 , which is a circular disc-shaped carrier element 302 which is coaxial on the rotor shaft 230 sits and with this fixed, but preferably is releasably connected. Along an outer circumference of the carrier element 302 are annular segment-shaped magnetic elements 304 arranged, each having two substantially equal magnetic poles 305 . 306 exhibit. An arrangement of the magnetic elements 304 is chosen such that there is an annular, alternating sequence of magnetic poles 305 . 306 results.

In Umfangsrichtung und bevorzugt auch in einer unmittelbaren Nähe eines äußeren Umfangs des Ringmagneten 300 befinden sich ortsfest die beiden Hallsensoren 310, 320, die in einem auf den Mittelpunkt der Rotorwelle 230 bezogenen Winkel α zueinander beabstandet sind, wobei der Winkel α bevorzugt halb so groß ist, wie eine Winkelöffnung eines einzelnen Magnetpols 305, 306. Dreht sich die Rotorwelle 230, so bewegen sich die Magnetpole 305, 306 an den Hallsensoren 310, 320 vorbei, die die Übergänge zwischen den unterschiedlichen Magnetpolen 305, 306 aufgrund eines Wechsels einer Magnetfeldausrichtung detektieren.In the circumferential direction and preferably also in the immediate vicinity of an outer circumference of the ring magnet 300 are stationary the two Hall sensors 310 . 320 , which in one on the center of the rotor shaft 230 relative angle α are spaced from each other, wherein the angle α is preferably half as large as an angular opening of a single magnetic pole 305 . 306 , Rotates the rotor shaft 230 , so move the magnetic poles 305 . 306 at the Hall sensors 310 . 320 passing the transitions between the different magnetic poles 305 . 306 due to a change of magnetic field orientation.

In Ausführungsformen der Erfindung sind die beiden Hallsensoren 310, 320 in bevorzugt einem einzigen integrierten Schaltkreis untergebracht, welcher bevorzugt auch eine weitere Auswertung der Rohsignale der Hallsensoren 310, 320 durchführt. Dies ist beispielsweise eine Auswertung einer Drehrichtung und einer Dreh- bzw. Winkelgeschwindigkeit der Rotorwelle 230. Durch die Verwendung von nur einem einzigen integrierten Schaltkreis ist eine Aufbau- und Verbindungstechnik zwischen der Sensorik für den Elektromotor 1 und einem Motorstecker wesentlich weniger aufwändig als bei herkömmlichen Sensorsystemen, insbesondere Sen sorsystemen mit drei oder mehr Hallsensoren, die am Umfang eines Ringmagnets verteilt angeordnet sind. Hierdurch erhält der Elektromotor 1 ein kostengünstiges Sensorsystem.In embodiments of the invention, the two Hall sensors 310 . 320 preferably accommodated in a single integrated circuit, which preferably also a further evaluation of the raw signals of the Hall sensors 310 . 320 performs. This is, for example, an evaluation of a direction of rotation and a rotational or angular speed of the rotor shaft 230 , By using only a single integrated circuit is a construction and connection technology between the sensors for the electric motor 1 and a motor connector much less expensive than conventional sensor systems, in particular Sen sorsystemen with three or more Hall sensors, which are arranged distributed on the circumference of a ring magnet. This gives the electric motor 1 a cost-effective sensor system.

Die Ausgangssignale der Hallsensoren 310, 320 werden über Signalleitungen an die Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale 330 geleitet. In dieser Einrichtung 330 werden ein Schritt- 530 und ein Drehrichtungssignal 540 des Rotors 200 erzeugt (siehe 2). Aus der Kenntnis des Schritt- 530 und des Drehrichtungssignals 540 werden in der Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340 mit der Kenntnis eines geometrischen Aufbaus der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 anhand einer letzten bekannten Rotorposition eine neue, aktuelle Rotorposition berechnet.The output signals of the Hall sensors 310 . 320 are sent via signal lines to the device for evaluation of the sensor signals 330 directed. In this facility 330 become a step- 530 and a direction of rotation signal 540 of the rotor 200. generated (see 2 ). From the knowledge of the step- 530 and the direction of rotation signal 540 be in the device for calculating the rotor position 340 with the knowledge of a geometric structure of the device for determining the rotor position 3 Based on a last known rotor position calculates a new, current rotor position.

Bei der Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 ist eine Winkelauflösung des bzw. der Inkrementalgeber 310, 320 bevorzugt gleich oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Winkelbreite eines Kommutierungssektors für den Elektromotor 1. Z. B. bei einem Elektromotor 1 mit einem vierpoligen Arbeitsmagneten am Rotor 200 und sechs Polzähnen 110 bzw. Statorspulen bedeutet dies im einfachsten Fall zwölf Kommutierungssektoren je vollständiger Umdrehung des Rotors 200. Bei Verwendung eines sechspoligen Ringmagneten 300 für die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 führt dies in Verbindung mit einer ein Rohsignal auswertenden Drehzahlerkennung zu zwölf Gebersignalen je Umdrehung des Rotors 200.In the device for determining the rotor position 3 is an angular resolution of the incremental encoder (s) 310 . 320 preferably equal to or an integer multiple of an angular width of a commutation sector for the electric motor 1 , For example, with an electric motor 1 with a four-pole working magnet on the rotor 200. and six pole teeth 110 or stator coils, this means in the simplest case twelve commutation sectors per complete revolution of the rotor 200. , When using a six-pole ring magnet 300 for the device for determining the rotor position 3 this leads in conjunction with a raw signal evaluating speed detection to twelve encoder signals per revolution of the rotor 200. ,

Für die Kommutierung des Elektromotors 1 weist die Steuerungseinrichtung 4 eine elektrische bzw. elektronische Kommutiereinrichtung 400 bzw. -logik 400 und eine Endstufe 410 bzw. Leistungsstufe 410 auf. Die Kommutiereinrichtung 400 erhält von der Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340 eine aktuelle Rotorposition und kann mit dieser Information die für einen aktuellen Betriebszustand des Elektromotors 1 notwendige Kommutierung mittels einer Signalleitung an die Endstufe 410 übermitteln. Die Endstufe 410 stellt dem Elektromotor 1 eine zum Betrieb benötigte Leistung zur Verfügung, indem sie elektrischen Strom durch die elektrische Leitung 120 gemäß aktueller Kommutierungsinformationen an die betreffenden Spulen der Polzähne 110 bzw. die betreffenden Statorwicklungen 112, 114, 116 liefert.For the commutation of the electric motor 1 has the control device 4 an electrical or electronic commutation device 400 or logic 400 and a power amp 410 or performance level 410 on. The commutation device 400 obtained from the device for calculating the rotor position 340 a current rotor position and can with this information for a current operating state of the electric motor 1 necessary commutation by means of a signal line to the power amplifier 410 to transfer. The final stage 410 represents the electric motor 1 A power required for operation is available by passing electrical current through the electrical line 120 according to current commutation information to the respective coils of the pole teeth 110 or the respective stator windings 112 . 114 . 116 supplies.

Da beim Einschalten des Elektromotors 1 bzw. beim Einschalten einer Steuerung für den Elektromotor 1 zunächst nicht bekannt ist, in welcher Winkellage sich der Rotor 200 befindet, wird erfindungsgemäß ein geeignetes Verfahren angewendet, um eine Lage bzw. Position des Rotors 200 zu bestimmen. Es werden daher erfindungsgemäß folgende Verfahren oder eine Kombination bzw. eine Auswahl davon vorgeschlagen:
Zunächst ist es erfindungsgemäß beim Einschalten der Steuerung des Elektromotors 1 möglich, den Rotor 200 durch Bestromen einer einzelnen Spule oder einer einzelnen Statorwicklung 112 auszurichten, wodurch der Rotor 200 in seine Ausgangsposition gebracht wird. Dabei ist es auch möglich, eine Mehrzahl von Spulen bzw. Statorwicklungen 112, 114, 116 gleichzeitig zu bestromen. Hierdurch entsteht an wenigstens einem Polzahn 110 des Stators 100 ein magnetisches Feld, an welchem sich der Rotor 200 ausrichtet. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass nur eine erste Statorwicklung 112 bestromt wird und die weiteren Statorwicklungen 114, 116 noch nicht bestromt sind. Die Erfindung ist jedoch analog auch auf eine Mehrzahl von bestromten Spulen oder Statorwicklungen 112, 114, 116 anwendbar.Because when switching on the electric motor 1 or when switching on a control for the electric motor 1 initially not known, in which angular position, the rotor 200. is, according to the invention, a suitable method is applied to a position of the rotor 200. to determine. Therefore, according to the invention, the following methods or a combination or a selection thereof are proposed:
First, it is according to the invention when switching on the control of the electric motor 1 possible, the rotor 200. by energizing a single coil or a single stator winding 112 align, causing the rotor 200. is brought into its starting position. It is also possible, a plurality of coils or stator windings 112 . 114 . 116 to energize at the same time. This results in at least one pole tooth 110 of the stator 100 a magnetic field at which the rotor 200. aligns. In the following it is assumed that only a first stator winding 112 is energized and the other stator windings 114 . 116 not yet energized. However, the invention is analogous to a plurality of energized coils or stator windings 112 . 114 . 116 applicable.

Zunächst wird also der Rotor 200 durch ein Bestromen der ersten Statorwicklung 112 ausgerichtet und in die Ausgangsposition gebracht. Hierbei kann der Fall auftreten, dass ein Magnetfeld des Rotors 200 die gleiche magnetische Polarität besitzt wie das durch die erste Statorwicklung 112 erzeugte und diesem direkt gegenüberliegt. In einem solchen Fall stoßen sich die beiden Magnetpole zwar ab, aber der Rotor 200 bleibt in seiner aktuellen Position stehen, da die Kraft, die ihn in die eine Drehrichtung zieht, exakt gleich der Kraft ist, die ihn in die entgegengesetzte Drehrichtung zieht. Für einen solchen Fall erfolgt keine Rotorausrichtung, obwohl dies wünschenswert wäre, wodurch erfindungsgemäß zeitlich daran anschließend eine weitere Statorwicklung 114, 116 bzw. eine weitere Spule bestromt wird. Hierbei kann die Bestromung der ersten Statorwicklung 112 abgeschaltet oder beibehalten werden, was je nach Konfiguration des Elektromotors 1 mehr oder weniger vorteilhaft ist.First, so the rotor 200. by energizing the first stator winding 112 aligned and brought to the starting position. In this case, the case may occur that a magnetic field of the rotor 200. has the same magnetic polarity as that through the first stator winding 112 generated and this directly opposite. In such a case, the two magnetic poles repel, but the rotor 200. stays in its current position because the force that pulls it in one direction of rotation is exactly equal to the force pulling it in the opposite direction of rotation. For such a case, no rotor alignment takes place, although this would be desirable, whereby according to the invention temporally thereafter another stator winding 114 . 116 or another coil is energized. In this case, the energization of the first stator winding 112 shut off or maintained, which varies depending on the configuration of the electric motor 1 more or less advantageous.

Nachdem die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 keine sich wechselnde Rotorposition nach dem initialen Bestromen der ersten 112 oder einer folgenden Statorwicklung 114, 116 oder Spule mehr anzeigt, also keine Wechsel an einem Ausgangssignal des oder der Inkrementalgeber 310, 320 erfolgen, ist die Ausgangsposition des Rotors 200 bekannt und der Rotorwinkelzähler 342 kann auf Null oder einen festgelegten Wert gesetzt werden.After the device for determining the rotor position 3 no changing rotor position after the initial energizing of the first one 112 or a following stator winding 114 . 116 or more indicates coil, so no change to an output of the incremental or incremental encoder 310 . 320 take place, is the starting position of the rotor 200. known and the rotor angle counter 342 can be set to zero or a specified value.

Das Bestromen einer weiteren Statorwicklung 114, 116 oder Spule ist optional und wird insbesondere dann durchgeführt, wenn nach Bestromung der ersten Statorwicklung 112 oder Spule an keinem Inkrementalgeber 310, 320 ein Wechsel des betreffenden Ausgangssignals erfolgt. Es kann erfindungsgemäß nur dann ein Bestromen der weiteren Statorwicklung 114, 116 bzw. Spule vorgenommen werden, wenn nach einem bevorzugt initialen Bestromen der ersten Statorwicklung 112 bzw. Spule kein Wechsel eines Ausgangssignals eines Inkrementalgebers 310, 320 erfolgte.The energizing of another stator winding 114 . 116 or coil is optional and is especially performed when energized after energizing the first stator winding 112 or coil on any incremental encoder 310 . 320 a change of the relevant output signal takes place. It can according to the invention only a Bestromen the other stator winding 114 . 116 or coil are made, if after a preferably initial energization of the first stator winding 112 or coil no change of an output signal of an incremental encoder 310 . 320 took place.

Alternativ oder zusätzlich kann nach Anschlägen für den Rotor 200 gesucht werden. Hierbei wird versucht, bevorzugt in beide Drehrichtungen des Rotors 200 benachbarte Positionen des Rotors 200 anzufahren. Für einen Fall, dass dies nicht gelingt, also keine benachbarte Position angefahren werden kann, wird ein Anschlag erkannt und die Ausrichtung des Rotors 200 wie oben erläutert erneut ausgeführt, allerdings an Positionen, die von der Anschlagposition des Rotors 200 weiter entfernt liegen. D. h. es kann eine Position angefahren werden, die möglichst nahe an der Anschlagposition oder einen bestimmten Drehwinkel entfernt dazu liegt; dies ist abhängig von einer Applikation. Diese zur Anschlagposition mehr oder weniger weit entfernte Position ist dann wiederum die Ausgangsposition des Rotors 200. Es ist erfindungsgemäß jedoch auch möglich, die Anschlagpo sition als Ausgangsposition zu definieren und den Rotorwinkelzähler 342 auf Null bzw. einen festen Wert zu setzen. Ferner ist es erfindungsgemäß möglich, nach dem Detektieren des Anschlags, die Rotorwelle 230 um einen bestimmten Winkelbetrag zu drehen und nach Erreichen einer solchen Position, diese als Ausgangsposition zu definieren.Alternatively or additionally, after stops for the rotor 200. be searched. In this case, an attempt is made, preferably in both directions of rotation of the rotor 200. adjacent positions of the rotor 200. to approach. In the event that this does not succeed, ie no adjacent position can be approached, a stop is detected and the orientation of the rotor 200. as explained above again, but at positions that depend on the stop position of the rotor 200. further away. Ie. It can be approached a position that is as close to the stop position or a certain angle of rotation away; this depends on an application. This position more or less far away from the stop position is in turn the starting position of the rotor 200. , It is according to the invention, however, also possible to define the Anschlagpo position as the starting position and the rotor angle counter 342 set to zero or a fixed value. Furthermore, it is possible according to the invention, after detecting the stop, the rotor shaft 230 to rotate by a certain angular amount and after reaching such a position to define this as the starting position.

Durch eine Quantisierung, die der oder die Inkrementalgeber 310, 320 liefern, erhält die Einrichtung zur Bestimmung der Rotorposition 3 eine prinzipbedingte Ungenauigkeit, welche im Stillstand des Rotors 200 auch nicht verbessert werden kann. Für einen sich drehenden Elektromotor 1 kann erfindungsgemäß jedoch eine Verbesserung der Messgenauigkeit, z. B. durch eine zeitliche Interpolation zwischen den Ausgangssignalen des oder der Inkrementalgeber 310, 320 erfolgen. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn ein Winkelversatz zwischen einer idealen Kommutierungsposition und einem betreffenden Signal eines Inkrementalgebers 310, 320 bekannt ist.By a quantization, the incremental encoder (s) 310 . 320 supply, receives the device for determining the rotor position 3 an inherent inaccuracy, which at standstill of the rotor 200. also can not be improved. For a rotating electric motor 1 However, according to the invention, an improvement in the accuracy of measurement, for. B. by a temporal interpolation between the output signals of the incremental or the incremental encoder 310 . 320 respectively. This is particularly advantageous if an angular offset between an ideal commutation position and a relevant signal of an incremental encoder 310 . 320 is known.

Hier kann erfindungsgemäß am Ende einer Produktion bzw. Herstellung des Elektromotors 1 eine entsprechende Vermessung erfolgen. D. h. es wird der Winkelversatz zwischen der idealen Kommutierungsposition und dem bzw. einem bzw. allen betreffenden Ausgangssignalen des oder der Inkrementalgeber 310, 320 gemessen. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Elektromotor 1 stromlos ist, d. h. in den Statorwicklungen 112, 114, 116 kein elektrischer Strom fließt. Daher ist es bevorzugt, beim Messen des Winkelversatzes den Elektromotor 1 anzutreiben oder den Elektromotor 1 zunächst durch eigenen Antrieb zu beschleunigen und für die Messung des Winkelversatzes die Bestromung der Statorwicklungen 112, 114, 116 abzuschalten, wobei der Elektromotor 1 durch eigenen Schwung weiterdreht.Here, according to the invention, at the end of a production or production of the electric motor 1 a corresponding survey done. Ie. it becomes the angular offset between the ideal commutation position and the one or all relevant output signals of the incremental encoder (s) 310 . 320 measured. It is preferred that the electric motor 1 is de-energized, ie in the stator windings 112 . 114 . 116 no electric current flows. Therefore, it is preferable to measure the angular displacement of the electric motor 1 to drive or the electric motor 1 To accelerate first by its own drive and for the measurement of the angular offset, the energization of the stator windings 112 . 114 . 116 shut off, the electric motor 1 continues to turn by its own momentum.

Bei einem stromlosen, drehenden Elektromotor 1 können einerseits die elektrischen Spannungen in den Statorwicklungen 112, 114, 116 bzw. Spulen und andere Ausgangssignale des oder der Inkrementalgeber 310, 320 vermessen werden, wodurch der Winkelversatz ermittelt wird und bevorzugt in einen nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben wird. Vorteilhaft ist, dass die Messung des Winkelversat zes nur einmal in einem Motorleben durchgeführt werden muss, denn der Winkelversatz ist geometrisch festgelegt und kann sich mit der Zeit nicht ändern.In a currentless, rotating electric motor 1 On the one hand, the electrical voltages in the stator windings 112 . 114 . 116 or coils and other output signals of the incremental encoder (s) 310 . 320 be measured, whereby the angular offset is determined and is preferably written in a non-volatile memory. It is advantageous that the measurement of Winkelversat zes must be performed only once in a motor life, because the angular offset is geometrically determined and can not change over time.

Für einen besonderen Fall, dass der nichtflüchtige Speicher nicht in einer Baueinheit mit dem Elektromotor 1 ist und somit die Speicherung des Winkelversatzes nicht am bzw. im Elektromotor 1 vorgenommen werden kann, ist es erfindungsgemäß möglich, die beschriebene Messung des Winkelversatzes dann vorzunehmen, wenn der Elektromotor 1 in einem Zielsystem verbaut ist. In einem speziellen Fall einer Getriebesteuerung wäre das z. B. der Zeitpunkt einer Inbetriebnahme des Getriebes. Bei diesem so genannten Einlernen des Getriebes, das bei jedem Getriebe durchgeführt wird, werden z. B. die Anschlagpositionen ermittelt. Die Messung des Winkelversatzes muss an einer Stelle eines Stellwegs des Elektromotors 1 gestartet werden, von wo der Elektromotor 1 einen ausreichend großen Drehwinkel zurücklegen kann.For a special case, that the non-volatile memory is not in a unit with the electric motor 1 and thus the storage of the angular offset is not on or in the electric motor 1 can be made, it is possible according to the invention to carry out the described measurement of the angular offset when the electric motor 1 is installed in a target system. In a special case of a transmission control z. B. the time of commissioning of the transmission. In this so-called teach-in of the transmission, which is carried out at each transmission, z. B. determines the stop positions. The measurement of the angular offset must be made at a location of a travel of the electric motor 1 be started from where the electric motor 1 can cover a sufficiently large angle of rotation.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wird – für den Fall, dass der Elektromotor 1 bzw. eine Steuerung für den Elektromotor 1 ausgeschaltet werden soll – der Rotor 200 zunächst noch bis zum Stillstand, wenn möglich auf einer momentfreien Position, abgebremst und dann dieser Positionswert in den nichtflüchtigen Speicher eingeschrieben. Beim nächsten Einschalten des Elektromotors 1 bzw. dessen Steuerung kann dieser Positionswert z. B. als eine vermutete Rotorposition in eine Rotorausrichtung miteinbezogen werden, welche z. B. für eine kommende Inbetriebnahme des Elektromotors 1 relevant ist.In preferred embodiments of the invention - in the event that the electric motor 1 or a controller for the electric motor 1 should be turned off - the rotor 200. first still to a standstill, if possible at a torque-free position, braked and then written this position value in the non-volatile memory. The next time you turn on the electric motor 1 or its control, this position value z. B. are included as a suspected rotor position in a rotor orientation, which z. B. for an upcoming commissioning of the electric motor 1 is relevant.

In bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist der Elektromotor 1 als ein EC-Motor ausgelegt. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren für Stell- 1 bzw. Verstell- 1 oder Lenkmotoren 1, die insbesondere als EC-Motoren ausgebildet sind.In preferred embodiments of the invention, the electric motor 1 designed as an EC motor. In particular, the method according to the invention for adjusting 1 or adjustment 1 or steering motors 1 , which are designed in particular as EC motors.

Die 2 verdeutlicht eine Wirkungskette des Ringmagnets 300 über die Hallsensoren 310, 320, die Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale 330 bis hin zu einem Ausgang der Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340. Ein Graph 500 stellt dabei die tatsächliche Rotorposition des Elektromotors 1 dar, wobei der Elektromotor 1 zu einem Zeitpunkt t = 0 aus einer Nullposition heraus einen ersten Reversierpunkt 501 mit konstanter Geschwindigkeit anfährt. Nach einem Erreichen des ersten Reversierpunkts 501 (Rotorpositionswinkel M) reversiert der Elektromotor 1 und dreht in eine entgegengesetzte Richtung bis zu einem zweiten Reversierpunkt 502, in welchem er seine Drehrichtung erneut umkehrt.The 2 illustrates an effect chain of the ring magnet 300 via the Hall sensors 310 . 320 , the device for evaluating the sensor signals 330 up to an output of the device for calculating the rotor position 340 , A graph 500 represents the actual rotor position of the electric motor 1 in which the electric motor 1 at a time t = 0 from a zero position out a first reversing point 501 starts at a constant speed. After reaching the first reversing point 501 (Rotor position angle M) reverses the electric motor 1 and rotates in an opposite direction until a second reversing point 502 in which he reverses his direction of rotation again.

Die Graphen 510, 520 repräsentieren die Ausgangssignale der beiden Inkrementalgeber 310, 320 bzw. der beiden Hallsensoren 310, 320. Dabei zeigen die Pegel ”0” und ”1” welche Art der Magnetfeldausrichtung ein in einem Erfassungsbereich des jeweiligen Hallsensors 310, 320 liegender Magnetpol 305, 306 hat. Die Ausgangssignale 510, 520 sind zeitversetzt, da ein Übergang zwischen zwei Magnetpolen 305/306, 306/305 die Hallsensoren 310, 320 aufgrund deren räumlichen Beabstandung nicht gleichzeitig passiert. Aus der Abfolge der Ausgangssignale 510, 520, insbesondere der Hallsignale 510, 520, generiert die Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale 330 ein Rotorschrittsignal 530, bevorzugt durch eine XOR-Verknüpfung der Ausgangssignale 510, 520, sowie ein Rotordrehrichtungssignal 540.The graphs 510 . 520 represent the output signals of the two incremental encoders 310 . 320 or the two Hall sensors 310 . 320 , In this case, the levels "0" and "1" indicate what type of magnetic field alignment in a detection range of the respective Hall sensor 310 . 320 lying magnetic pole 305 . 306 Has. The output signals 510 . 520 are time-delayed, as a transition between two magnetic poles 305 / 306 . 306 / 305 the Hall sensors 310 . 320 due to their spatial spacing does not happen at the same time. From the sequence of output signals 510 . 520 , in particular the Hall signals 510 . 520 , generates the means for evaluating the sensor signals 330 a rotor step signal 530 , preferably by an XOR connection of the output signals 510 . 520 , as well as a rotor rotation direction signal 540 ,

Um anhand des Rotorschrittsignals 530 und des Rotordrehrichtungssignals 540 in der Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340 die aktuelle Rotorposition zu berechnen, wird zu Beginn der Bewegung des Rotors 200 durch das erfindungsgemäße Verfahren die Ausgangsposition des Rotors 200 eingenommen und der Rotorwinkelzähler 342 auf Null bzw. den festgelegten Wert eingestellt. Durch das Rotorschrittsignal 530 erkennt die Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340 anhand einer absteigenden oder aufsteigenden Flanke, dass sich der Rotor 200 gedreht hat, oder falls sich das Rotorschrittsignal 530 nicht ändert, dass der Rotor 200 z. B. in der Ausgangsposition stillsteht.To use the rotor step signal 530 and the rotor rotation direction signal 540 in the device for calculating the rotor position 340 Calculating the current rotor position is at the beginning of the movement of the rotor 200. by the inventive method, the starting position of the rotor 200. taken and the rotor angle counter 342 set to zero or the specified value. By the rotor step signal 530 recognizes the device for calculating the rotor position 340 by means of a descending or rising edge, that the rotor 200. has rotated, or if the rotor step signal 530 does not change that rotor 200. z. B. is stationary in the starting position.

Da die geometrische Anordnung des Ringmagnets 300 und der Inkrementalgeber 310, 320 bekannt sind, liegt damit auch die Information vor, um welchen Winkel sich der Rotor 200 gedreht hat. Im in der 2 dargestellten Beispiel verdeutlicht das Rotorschrittsignal 530 eine kontinuierliche Änderung der Position des Rotors 200 zwischen jeweils zwei Reversierpunkten 501, 502. Hierbei verdeutlicht das Rotorschrittsignal 530 jeweils eine Winkeländerung α, welche halb so groß ist wie eine Winkelöffnung eines einzelnen Magnetpols 305, 306.Because the geometric arrangement of the ring magnet 300 and the incremental encoder 310 . 320 are known, so there is also the information about what angle the rotor 200. has turned. I'm in the 2 The example illustrated illustrates the rotor step signal 530 a continuous change in the position of the rotor 200. between every two reversing points 501 . 502 , This illustrates the rotor step signal 530 in each case an angle change α, which is half as large as an angular opening of a single magnetic pole 305 . 306 ,

Ferner kann die Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340 mittels des Rotordrehrichtungssignals 540 berücksichtigen, in welche Richtung sich die Rotorwelle 230 dreht. Entsprechend dem Rotordrehrichtungssignal 540 wird ein durch das Rotorschrittsignal 530 angezeigter Drehwinkelschritt der Rotorwelle 230 zur zuletzt bekannten Rotorposition addiert bzw. subtrahiert.Furthermore, the device for calculating the rotor position 340 by means of the rotor rotation direction signal 540 Take into account in which direction the rotor shaft 230 rotates. According to the rotor rotation direction signal 540 becomes one by the rotor step signal 530 displayed angle of rotation step of the rotor shaft 230 added or subtracted to the last known rotor position.

Es sei angemerkt, dass durch eine Variation der Anzahl der Polzähne 110; der Anordnung des Ringmagneten 300; der Anzahl der Magnetelemente 304; 305; der Anzahl der Statorwicklungen 112, 114, 116; der Anzahl der Stromphasen; der Anzahl, Bauart und Anordnung der Inkrementalgeber 310, 320; und weiterer Ausgestaltungsmöglichkeiten der Einrichtung zur Auswertung der Sensorsignale 330 und der Einrichtung zur Berechnung der Rotorposition 340; sich eine Vielzahl von weiteren Ausführungsbeispielen ergeben, welche auf die erfindungsgemäße Lehre angewendet werden können.It should be noted that by a variation of the number of pole teeth 110 ; the arrangement of the ring magnet 300 ; the number of magnetic elements 304 ; 305 ; the number of stator windings 112 . 114 . 116 ; the number of current phases; the number, type and arrangement of the incremental encoders 310 . 320 ; and further embodiments of the device for evaluating the sensor signals 330 and the device for calculating the rotor position 340 ; there are a variety of other embodiments, which are based on the Leh invention re can be applied.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

- DE 10337564 A1 [0005]

Claims

Method for positioning a rotor ( 200. ) of an electric motor ( 1 ), in particular an EC motor ( 1 ) for the motor vehicle sector, wherein the rotor ( 200. ) by energizing a first stator winding ( 112 ) of a stator ( 100 ) of the electric motor ( 1 ) and thereby brought into an initial position, wherein the starting position is taken when an output signal of a device for determining a rotor position ( 3 ) of the electric motor ( 1 ) remains unchanged for a certain period of time.

Method according to claim 1, wherein, in particular if no change in the output signal of the device for determining the rotor position ( 3 ) after energizing the first stator winding ( 112 ) takes place, after the current of the first stator winding ( 112 ), another single stator winding ( 114 . 116 ) is energized, wherein the first stator winding ( 112 ) is preferably no longer energized.

Method according to claim 1 or 2, wherein the rotor ( 200. ) temporally before or after taking the starting position by an operation of the electric motor ( 1 ) is rotated to a stop position, and the rotor ( 200. ) is subsequently brought into its initial position, which is application-dependent or preferably located directly adjacent to the stop position.

Method according to claim 3, wherein, by a continued single energization of stator windings ( 112 . 114 . 116 ) is sought after a stop position, and such is found when the output signal of the means for determining the rotor position ( 3 ) remains unchanged for a certain period of time.

Method according to claim 3 or 4, wherein, preferably alternately, in both directions of rotation of the electric motor ( 1 ) according to the stop position of the rotor ( 200. ), and the starting position of the rotor ( 200. ) preferably at most about ± 60 ° or about ± 30 °, in particular at most about ± 20 ° or about ± 15 °, or more preferably at most about ± 12 ° or about ± 10 ° rotated to the adjacent stop position.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein a rotor angle counter ( 342 ) the device for determining the rotor position ( 3 ), temporally after taking a starting position of the rotor ( 200. ) is set to zero or a specified value.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein a respective stator winding ( 112 . 114 . 116 ) is supplied with a preferably constant DC voltage or a preferably constant DC current is operated.

Method according to one of claims 1 to 7, wherein the means for determining the rotor position ( 3 ) one or a plurality of incremental encoders ( 310 . 320 ), wherein the incremental encoder or encoders ( 310 . 320 ) each as a Hall sensor ( 310 . 320 ), a photocell or a capacitive encoder, or as a combination thereof.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein in the implementation of the method, an angular offset between an ideal commutation position of the electric motor ( 1 ) and the output signal of the respective incremental encoder ( 310 . 320 ), wherein preferably the angular offset in an electroless rotating rotor ( 200. ) by comparing one in a stator winding ( 112 . 114 . 116 ) induced voltage and an output signal of an incremental encoder ( 310 . 320 ) is determined.

Method according to one of claims 1 to 9, wherein the rotor position of the electric motor ( 1 ) after taking the initial position of the rotor ( 200. ), preferably exclusively, based on the device for determining the rotor position ( 3 ), in particular the incremental encoder (s) ( 310 . 320 ).

Method according to one of claims 1 to 10, wherein, in time, a switching off of a control device ( 4 ) for the electric motor ( 1 ), the rotor ( 200. ) is decelerated to a standstill and is preferably stopped in a moment-free position.

Method according to one of claims 1 to 11, wherein the angular offset between the ideal commutation position of the electric motor ( 1 ) and the output signal of the respective incremental encoder ( 310 . 320 ), and / or a standstill position of the rotor ( 200. ) are stored in a non-volatile memory.

Control device ( 4 ) for positioning a rotor ( 200. ) of an electric motor ( 1 ), in particular an EC motor ( 1 ) for the motor vehicle area, wherein the control device is designed to hold the rotor ( 200. ) by energizing a first stator winding ( 112 ) of a stator ( 100 ) of the electric motor ( 1 ) and to bring it into an initial position, wherein the starting position is taken when an output signal of a device for determining a rotor position ( 3 ) of the electric motor ( 1 ) remains unchanged for a certain period of time.