DE102010017411A1 - Synchronmotor und Verfahren zum Kalibrieren eines Synchronmotors - Google Patents

Synchronmotor und Verfahren zum Kalibrieren eines Synchronmotors

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DE102010017411A1
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    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Synchronmotors. Der Synchronmotor weist einen Stator (7), einen Rotor (5), im Stator mindestens eine erste, eine zweite und eine dritte Statorerregerwicklung, eine Steuervorrichtung zum phasenversetzten Bestromen der ersten, zweiten und dritten Statorerregerwicklung und eine Sensoreinheit zum Erfassen eines Winkels zwischen einer Position des Rotors und einer Position des Stators auf. Das Verfahren weist einen Schritt des Setzens des Stroms durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung auf Null, anschließend des Setzens der Ströme auf die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils als erste Gleichstromwerte, die Stromwerten zu einer ersten Phase innerhalb eines Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entsprechen, auf. Gleichzeitig wird ein von der Sensoreinheit angezeigter Winkel als ein erster Winkel abgespeichert. Anschließend wird ein Korrekturwinkel mit Hilfe des Berechnens einer Summe aus erstem Winkel minus der ersten Phase gebildet. Der Korrekturwinkel wird abgespeichert und als systematischer Nullpunktfehler für den von der Sensoreinheit erfassten Winkel zum Ansteuern des Synchronmotors verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Synchronmotor und ein Verfahren zum Kalibieren eines Synchronmotors. Synchronmotoren sind in der Regel Drehfeldmaschinen mit einem Rotor und einem Stator. Die Drehzahl des Läufers ist unabhängig von der Belastung gleich der synchronen Drehzahl. Das Drehfeld wird mit Hilfe von drehstromerregten Wicklungen erzeugt. Zur effektiven Ansteuerung des Drehstroms ist es notwendig, die Position des Rotors in Bezug auf den Stator zu kennen. Ein Teil der Synchronmotoren weist dazu eine Sensoreinheit auf, von der ein Teil sich mit dem Rotor mitbewegt und ein zweiter Teil ortsfest zum Stator ist. Mit dieser Sensoreinheit wird der Winkel zwischen der Position des Rotors und der Position des Stators erfasst. Dieser Winkel wird zum Ansteuern des Stroms durch die Erregerwicklungen im Stator verwendet.
  • Damit die Anfangsposition zwischen Rotor und Stator bekannt ist, muss die Steuerung wissen, wie der mit dem Rotor mitlaufende Teil der Sensoreinheit in Bezug auf den Rotor aufgebracht ist. Dieser mitlaufender Teil ist häufig ein Permanentmagnet, der auf dem Rotor aufgeklebt wird, während der mit der Sensoreinheit ortsfest verbundene Teil einen Hallsensor einhält. Die Montage des Magneten auf dem Rotor hat sehr genau zu erfolgen, damit der Winkel zwischen Rotor und Magnet keine Abweichung von einem gewünschten Wert aufweist.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Synchronmotor sowie ein Verfahren zum Kalibrieren eines Synchronmotors bereitzustellen, mit dessen Hilfe der Montageaufwand für den Synchronmotor sinkt.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Kalibieren eines Synchronmotors bereitgestellt, wobei der Synchronmotor einen Stator, einen Rotor und im Stator mindestens eine erste Statorerregerwicklung, eine zweite Statorerregerwicklung und eine dritte Statorerregerwicklung aufweist. Eine Steuervorrichtung ist zum phasenversetzten Bestromen der ersten, der zweiten und der dritten Statorerregerwicklungen vorgesehen. Zudem erhält der Synchronmotor eine Sensoreinheit zum Erfassen eines Winkels zwischen einer Position des Rotors und einer Position des Stators.
  • Das Verfahren weist einen Schritt des Setzens des Stroms durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung auf Null auf. In einem weiteren, darauf folgenden Schritt werden die Ströme durch die erste Statorerregerwicklung, die zweite Statorerregerwicklung und die dritte Statorerregerwicklung jeweils auf erste Gleichstromwerte gesetzt. Diese ersten Gleichstromwerte entsprechen Stromwerten zu einer ersten Phase innerhalb eines Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen. Eine solche erste Phase kann z. B. 30° sein; die Gleichstromwerte entsprechen dabei dem Stromwert durch die erste Statorerregerwicklung zur Phase 30°, dem Stromwert durch die zweite Statorerregerwicklung während der Phase 30° und dem Stromwert durch die dritte Satorwicklung zu der Phase 30°. Während des Setzens der Ströme auf die genannten Werte wird gleichzeitig der von der Sensoreinheit angezeigte Winkel als erster Winkel abgespeichert. Anschließend wird ein Korrekturwinkel gebildet mit Hilfe eines Berechnens einer Differenz aus dem ersten Winkels und der ersten Phase.
  • Anschließend wird der gebildete Korrekturwinkel als systematischer Nullpunktfehler für den von der Sensoreinheit erfassten Winkel zum Ansteuern des Synchronmotors abgespeichert.
  • Das Verfahren bewirkt Folgendes: Wenn der Strom durch die Wicklungen Null ist, ist der Motor zunächst in einer Ruhelage. Durch das Erhöhen des Stroms auf die ersten Gleichstromwerte wird der Rotor in eine bestimmte Position gezogen. Der von der Sensoreinheit in dieser Position angezeigte Winkel wird verwendet, um daraus den Korrekturwinkel zu berechnen. Der Korrekturwinkel ergibt sich in einer Ausführungsform als erster Winkel minus erste Phase. Gibt beispielsweise die Sensoreinheit einen ersten Winkel von 60° an und wird die erste Phase auf 30° gesetzt, so ist der Korrekturwinkel gleich 30°. Der ermittelte Korrekturwinkel wird als systematischer Nullpunktfehler zur Steuerung des Synchronmotors verwendet. Bei der Steuerung des Synchronmotors wird somit berücksichtigt, dass der von der Sensoreinheit angezeigte Winkel um den Korrekturwinkel korrigiert werden muss, um den tatsächlichen Winkel zwischen Rotor und Stator zu bestimmen.
  • Vorzugsweise enthält das Verfahren noch weitere Schritte, so dass die Ströme durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung jeweils auf zweite Gleichspannungswerte gesetzt werden, wobei die zweiten Gleichspannungswerte einer zweiten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entsprechen. Gleichzeitig mit dem Setzen der Ströme auf die zweiten Gleichspannungswerte wird der von der Sensoreinheit angezeigte Winkel als zweiter Winkel abgespeichert. Bei der Bildung des Korrekturwinkels wird ein Durchschnitt aus der Summe aus der Differenz aus erstem Winkel und erster Phase und aus der Differenz aus zweitem Winkel und der zweiten Phase gebildet.
  • Mit diesen weiteren Schritten wird eine zweite Messung durchgeführt und der Korrekturwinkel anhand eines Durchschnitts der Messwerte aus den beiden Messungen ermittelt. Damit wird die Genauigkeit der Berechnung des Korrekturwinkels erhöht.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden weitere Schritte des Setzens der Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf dritte Gleichspannungswerte gesetzt, die Strömen zu einer dritten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entsprechen. Gleichzeitig wird ein von der Sensoreinheit angezeigter Winkel als dritter Winkel abgespeichert. Bei der Bildung des Korrekturwinkels wird ein Durchschnitt aus der Summe aus der Differenz aus erstem Winkels und erster Phase, aus der Differenz aus zweitem Winkel und zweiter Phase und der Differenz aus drittem Winkel und dritter Phase gebildet. Die Erhöhung der Zahl der Messungen verbessert die Genauigkeit des berechneten Korrekturwinkels.
  • In einer Ausführungsform weist der Synchronmotor eine Anzahl n > 1 von Polpaaren auf. Die Differenz aus erster Phase und zweiter Phase ergibt sich aus 360° geteilt durch die Anzahl n der Polpaare. Diese Gleichung bewirkt, dass genügend Messwerte pro Umdrehung des Synchronmotors zur Verfügung stehen.
  • In einer Ausführungsform enthält die Sensoreinheit einen Hallsensor, der ortsfest in Bezug auf den Stator vorgesehen ist. Ein solcher Hallsensor ermöglicht die Messung eines Magneten auf dem Rotor mit hoher Präzision.
  • Durch Wiederholen der Schritte in regelmäßigen Abständen wird sichergestellt, dass Fehler beim Abspeichern des Korrekturwinkels oder mechanische Veränderungen zwischen dem Magneten und dem Rotor nicht zu dauerhaften Fehlern führen.
  • Vorzugsweise vollführt der Rotor des Synchronmotors während der Abfolge der Schritte mindestens eine volle Umdrehung.
  • Zwischen dem Beginn des Schritts des Setzens der Ströme auf erste Gleichstromwerte und dem Beginn des Schritts des Setzens der Ströme auf zweite Gleichstromwerte wird bevorzugt eine Wartezeit von mindestens 0,5 Sekunden eingehalten. Damit wird sichergestellt, dass die durch das Setzen der Ströme auf erste Gleichströmungswerte bewirkte Bewegung des Rotors aufgehört hat, bevor die Ströme auf zweite Gleichstromwerte gesetzt werden und damit eine zweite Bewegung auslösen.
  • Vorzugsweise werden die Schritte des Verfahrens durchgeführt, während der Synchronmotor ohne Last betrieben wird. Dabei wird der Einfluss der Last ausgeschlossen, da die Last der Bewegung des Rotors entgegenwirkt. Möglich ist es beispielsweise, einen Synchronmotor, der im Rückwärtslauf von der Last abgekoppelt ist, zu betreiben, während die Schritte durchgeführt werden. Es ist auch möglich, dass ein schaltbarer Freilauf vorgesehen ist, der beim Kalibrieren eingeschaltet wird, so dass das Kalibrieren während deines Vorwärtslaufs ohne Last durchgeführt werden kann.
  • Die Erfindung betrifft auch einen Synchronmotor mit einem Stator, einem Rotor, wobei im Stator mindestens eine erste, eine zweite und eine dritte Statorerregerwicklung vorgesehen sind. Eine Steuervorrichtung dient zum phasenversetzten Bestromen der ersten, der zweiten und der dritten Statorerregerwicklungen. Eine Sensoreinheit ist zum Erfassen eines Winkels zwischen einer Position des Rotors und einer Position des Stators vorgesehen. Eine Kalibriervorrichtung ist derart eingerichtet, dass sie zunächst den Strom durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung jeweils auf Null setzt. Anschließend werden die Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf erste Gleichstromwerte, die Stromwerten zu einer ersten Phase innerhalb eines Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, gesetzt. Gleichzeitig wird ein von der Sensoreinheit angezeigter Winkel in einem Speicher für einen ersten Winkel abgespeichert. Die Kalibriervorrichtung weist zudem eine Berechnungseinheit zur Berechnung des Korrekturwinkels aus der Differenz von erstem Winkel und erster Phase auf. Die Steuereinheit ist derart eingerichtet, dass sie den Korrekturwinkel als systematischen Nullpunktfehler für den von der Sensoreinheit erfassten Winkel zum Ansteuern des Synchronmotors verwendet.
  • Mit Hilfe der Kalibriervorrichtung kann der Nullpunktfehler für den erfassten Winkel automatisch bestimmt werden, damit die Steuereinheit den Synchronmotor möglichst genau steuert. Dadurch bedarf es keiner genauen Montage der Sensoreinheit im Bezug auf die Position des Rotors und des Stators.
  • Vorzugsweise ist die Kalibriereinheit weiterhin derart eingerichtet, dass sie zusätzlich in einem weiteren Schritt die Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf zweite Gleichspannungswerte setzt, die den Strömen zu einer zweiten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht und einen von der Sensoreinheit angezeigten Winkel als zweiten Winkel speichert.
  • In der Berechnungseinheit wird der Korrekturwinkel nicht nur mit Hilfe des Berechnens der Differenz aus erstem Winkel und erster Phase, sondern auch aus der Differenz aus zweitem Winkel und zweiten Phase berechnet.
  • In einer weiteren Ausführungsform werden die Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf Gleichspannungswerte, die den Strömen zu einer dritten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, gesetzt. Gleichzeitig wird in einem Speicher für den dritten Winkel ein von der Sensoreinheit angezeigter Winkel abgespeichert. Der Korrekturwinkel wird in der Korrekturvorrichtung mit Hilfe des Berechnens einer Summe aus der Differenz aus erstem Winkel und erster Phase, der Differenz aus zweitem Winkel und zweiter Phase und der Differenz aus drittem Winkel und dritter Phase gebildet.
  • Mit dem Messen der weiteren Winkel und der anschließenden Durchschnittbildung mit Hilfe der weiteren Winkel wird die Genauigkeit des Kalibrierverfahrens verbessert.
  • Vorzugsweise entspricht die Differenz aus erster Phase und zweiter Phase 360° geteilt durch die Anzahl n der Polpaare des Synchronmotors. Dadurch wird sichergestellt, dass der Rotor keinen zu großen Weg zwischen den zwei Schritten zurücklegen muss.
  • Vorzugsweise weist die Sensoreinheit einen Hallsensor, der ortsfest in Bezug auf den Stator angeordnet ist, auf. Mit einem Hallsensor kann die Änderung des Winkels mit einer hohen Auflösung gemessen werden.
  • In einer Ausführungsform wird zwischen dem Setzen der Ströme auf erste Gleichstromwerte und dem Beginn des Schritts des Setzens der Ströme auf zweite Gleichstromwerte eine Wartezeit von mindestens 0,5 Sekunden eingehalten. Damit wird ermöglicht, dass die Bewegung des Rotors nach dem Setzen der Ströme auf erste Gleichstromwerte beendet ist, bevor nächste Bewegung durch Verändern der Ströme bewirkt wird.
  • Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen, die mit Hilfe der Figuren erläutert werden, dargestellt.
  • Dabei zeigt
  • 1 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Synchronmotor;
  • 2 eine Draufsicht auf den Elektromotor aus 1;
  • 3 einen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform des Elektromotors;
  • 4 ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Verfahrensschritte;
  • 5 den Verlauf der Erregerströme während einer Phase.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Synchronmotor 1. Es handelt sich um einen Außenläufermotor, dessen Rotor 5 außerhalb eines Stators 7 läuft. Der Rotor 5 weist eine Glockenform auf, wobei in der Darstellung von 1 die Glocke nach unten geöffnet ist. Der Rotor 5 und der Stator 7 sind weisen die gleiche Symmetrieachse auf. Der Rotor 5 weist eine umlaufende Wand 50 auf, an der Permanentmagnete 6 und 8 angebracht sind. Der links gezeigte Luftspalt 9 verläuft zwischen dem Stator 7 und dem Permanentmagnet 6, während der rechts gezeigte Luftspalt 10 zwischen dem Permanentmagnet 8 und dem Stator 7 verläuft. Die Wand 50 besteht aus Metall. Der Rotor weist zudem eine Verbindungsplatte 53, die die Wand von oben abschließt auf.
  • Die Rotor enthält weiterhin einen Zylinder 4, der oberhalb der Verbindungsplatte 53 vorgesehen ist, und der achsenzentriert zur Mittelachse des Stators 7 ist. An dem Zylinder 4 ist ein Abtriebszahnrad 80 montiert, das sich mit dem Rotor 4 mitdreht. Auf der Oberseite des Zylinders 4 befindet sich ein als Permanentmagnet ausgebildeter Magnet 11, dem ein Hallsensor 3 gegenüberliegt, der Teil der Sensoreinheit 2 ist. Bewegt sich der Rotor 5, wird auch der Magnet 11, dessen Nord-Süd-Achse 110 senkrecht zur Mittenachse 300 des Zylinders 4 ist, bewegt, wobei die Nord-Süd-Achse des Magneten 11 vertikal rotiert. Die Bewegung des Magneten 11 wird mit Hilfe des Hallsensors 3, der etwas außerhalb der Drehachse des Zylinders 4 befindet, erfasst. Das vom Hallsensor 3 erfasste Signal wird an eine Steuervorrichtung 200 ausgegeben. Diese bestimmt, mit welchen Strömen die Wicklungen, die sich im Stator 7 befinden, anzusteuern sind.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf den Synchronmotor aus 1. Der Rotor 5 zeigt sechs Ankerköpfe 12, die auch als Ständerpole bezeichnet werden und die in etwa T-förmig gestaltet sind. Jeweils rechts und links der Ständerpole 12 sind im Schnitt Wicklungen 13 und 14 zu sehen, wobei die beiden Wicklungen, die genau einen Ständerpol magnetisieren, entweder nicht bestromt oder gegenläufig bestromt werden. Die Ströme, die durch die Wicklungen 13 und 14 fließen, werden von einem in der Steuervorrichtung 200 vorgesehenen Mikrokontroller angesteuert, wobei der Mikrokontroller jeweils die Winkelstellung zwischen Rotor und Stator berücksichtigt. Im Rotor 5 sind die Permanentmagneten, unter ihnen die Permanentmagnete 6 und 8, eingezeichnet. In Umfangsrichtung wechseln sich Nordpole und Südpole ab.
  • Bei dieser Ausführungsform gemäß 2 handelt es sich um eine Synchronmaschine mit zwei Polpaaren bzw. vier Polen.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Synchronmotors mit fünf Polpaaren in einer gleichen Ansicht wie 2. Die Ansteuerung der Statorerregerwicklungen beim Kalibrieren wird an die Polpaarzahl angepasst.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Kalibrieren des Synchronmotors 1. In Schritt 400 werden die Ströme durch die Statorerregerwicklungen auf Null gesetzt. Anschließend wird gemäß Schritt 401 der Wert j auf 1 und der der Winkel φ auf 360° gesetzt. Anschließend werden im Schritt 40 der Statorerregerwicklungen auf die Stromwerte U, V und W zum Zeitpunkt des Winkels gesetzt. Dazu wird der Stromverlauf in den Statorerregerwicklungen 13 und 14 der Phasen U, V und W während des Normalbetriebs eines Synchronmotors 1 verwendet und die Stromwerte während der Phase φ als Gleichstromwerte, mit denen die Statorerregerwicklungen während dieses Schrittes 402 bestromt werden.
  • Somit die Spannung auf den Gleichstromwert gesetzt, der dem Gleichstromwert während des Winkels φ entspricht. φ ist beispielsweise 30° und die Ströme, die zu der Phase φ = 30° herrschen, werden in die Statorerregerwicklungen eingeprägt.
  • Im folgenden Schritt 403 wird mit Hilfe der Sensoreinheit 3, beispielsweise einer Hallsensoreinheit, der Winkel Φ(j) gemessen und abgespeichert. Anschließend wird die Laufvariable j um eins erhöht und der Winkel φ um 360° geteilt durch n erhöht. n ist die Anzahl der Polpaare.
  • In einem darauf folgenden Schritt 405 wird abgefragt, ob die Laufvariable j = n + 1 ist. Ist dies nicht der Fall, schleift das Verfahren zurück zu dem Schritt 402, wonach die Ströme auf weitere Werte gesetzt, die jeweils den Stromwerten eines Zyklus des Synchronmotors der nun aktuellen Phase entsprechen.
  • Die Winkel Φ(j) werden jeweils als erster Winkel, zweiter Winkel und dritter Winkel in Schritt 403 abgespeichert. Wird während des Verfahrens die Abfrage 405 bejaht, wird der Korrekturwinkel gemäß der Formel
    Figure 00110001
    gesetzt. Somit wird zum Berechnen des Korrekturwinkels der Durchschnitt aus den Differenzen zwischen den gemessenen Winkel Φ(j) und der jeweils dazugehörigen Phase φ gebildet. In weiteren Ausführungsformen kann bei der Berechnung des Korrekturwinkels die Differenzen jeweils gewichtet werden, wenn davon ausgegangen wird, dass einige der Messungen vertrauenswürdiger als andere sind.
  • Mit Hilfe nun bestimmten Korrekturwinkel wird dieser im Betrieb des Synchronmotors als systematischer Nullpunktfehler berücksichtigt. Beträgt beispielsweise der Korrekturwinkel 12°, so ist dies dem Produktionsprozess des Synchronmotors geschuldet. Mit Hilfe des Kalibrierverfahrens wird dieser Korrekturwinkel gemessen und bei der Ansteuerung des Synchronmotors berücksichtigt werden. Somit kann der Montageschritt des Magneten auf dem Rotor mit einer großen Ungenauigkeit erfolgen, was den Produktionsprozess vereinfacht. Der Magnet kann sogar in Bezug auf die Winkelstellung zum Rotor beliebig aufgeklebt werden, solange die Nord-Süd-Achse senkrecht zur der Drehachse 110 des Rotors ist.
  • Trotz beliebiger Stellung des Magneten auf dem Rotor kann mit Hilfe des Verfahrens ermittelt werden, wo sich der Rotor in Bezug auf den Stator befindet.
  • Dieses Verfahren kann einmal bei der Inbetriebnahme des Motors erfolgen. Alternativ ist es möglich, das Kalibrierverfahren in regelmäßigen Abständen beispielsweise monatsweise zu wiederholen.
  • Die Verfahrensschritte werden mit Hilfe der Kalibriereinheit durchgeführt. Diese Kalibriereinheit kann beispielsweise einen Mikrokontroller aufweisen, der ein Computerprogramm aufweist, das den Elektromotor gemäß den Schritten 400 bis 406 ansteuert. Die Berechnung des Korrekturwinkels erfolgt dann ebenfalls im Mikrokontroller. Der berechnete Korrekturwinkel wird nach dem Schritt 406 vorzugsweise in einem Flach-Speicher abgespeichert und steht somit für die Lebensdauer des Fahrrads zur Verfügung.
  • 5 zeigt den Verlauf der Erregerströme während eines Zyklus'. Der Strom U entspricht dem Strom durch die erste Statorerregerwicklung, der Strom V dem Strom durch die zweite Statorerregerwicklung und der Strom W dem Strom durch die dritte Statorerregerwicklung. Diese Ströme sind jeweils über der Zeit aufgetragen. Man erkennt, dass die Stromverläufe zueinander jeweils um 120° phasenverschoben sind. Als erste Phase wird φ1 gesetzt und die Ströme U(φ1), V(φ1) und W(φ1) werden abgelesen. Diese Werte werden als erste Gleichstromwerte im Kalibrierverfahren gesetzt. In einem späteren Schritt werden die Werte U(φ2), V(φ2) und W(φ2) zu einer zweiten Plose φ2 als zweite Gleichstromwerte verwendet.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Synchronmotor
    2
    Hallsensoreinheit
    3
    Hallsensor
    4
    Zylinder
    5
    Rotor
    6
    Permanentmagnet
    7
    Stator
    8
    Permanentmagnet
    9
    Luftspalt
    11
    Magnet
    14
    Wicklung
    17
    Luftspalt
    50
    Wand des Rotors
    51
    Seitenwand
    80
    Abtriebszahnrad
    400
    Schritt
    402
    Schritt
    403
    Schritt
    405
    Schritt
    406
    Schritt

Claims (16)

  1. Verfahren zum Kalibieren eines Synchronmotors, wobei der Synchronmotor folgende Merkmale aufweist: – einen Stator (7), – einen Rotor (5), – im Stator (7) mindestens eine erste, eine zweite und eine dritte Statorerregerwicklung (13, 14), – eine Steuervorrichtung (200) zum phasenversetzten Bestromen der Statorerregerwicklungen, – eine Sensoreinheit (2) zum Erfassen eines Winkels (Φ) zwischen einer Position des Rotors (5) und einer Position des Stators (7), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: – Setzen der Ströme (U, V, W) durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung auf Null, – Setzen der Ströme (U, V, W) durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf erste Gleichstromwerte, die Stromwerten zu einer ersten Phase (φ1) innerhalb eines Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen (13, 14) entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als ersten Winkel (Φ1), – Bilden eines Korrekturwinkels mit Hilfe eines Berechnens einer Differenz aus dem ersten Winkel (Φ1) und der ersten Phase (φ1), – Abspeichern des Korrekturwinkels als systematischer Nullpunktfehler für den von der Sensoreinheit erfassten Winkel zum Ansteuern des Synchronmotors (1).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Setzen der Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf zweite Gleichspannungswerte, die den Strömen zu einer zweiten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als zweiten Winkel, – Bilden eines Korrekturwinkels mit Hilfe eines Berechnens einer Summe aus der Differenz aus erstem Winkel und der ersten Phase, und einer Differenz aus dem zweitem Winkel und der zweiten Phase.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: – Setzen der Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf Gleichspannungswerte, die den Strömen zu einer dritten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als dritten Winkel, – Bilden eines Korrekturwinkels mit Hilfe eines Berechnens einer Summe aus der Differenz aus dem ersten Winkel und erster Phase, der Differenz aus zweitem Winkel und zweiter Phase und einer Differenz aus drittem Winkel und der dritten Phase.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor (1) eine Anzahl n > 1 von Polpaaren aufweist und sich die Differenz aus erster Phase (φ1) und zweiter Phase (φ2) sich aus der 360° geteilt durch die Anzahl n der Polpaare ergibt.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (3) einen Hallsensor (2), der ortsfest in Bezug auf den Stator (7) vorgesehen ist, aufweist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge der Schritte in regelmäßigen Abständen wiederholt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Abfolge der Schritte der Rotor (5) des Synchronmotors (1) mindestens eine volle Umdrehung durchführt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Beginn des Schritts – des Setzens der Ströme auf erste Gleichstromwerte und dem Beginn des Schritts – des Setzens der Ströme auf zweite Gleichstromwerte eine Wartezeit von mindestens 0,5 Sekunden eingehalten wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte durchgeführt werden, während der Synchronmotor (1) ohne Last betrieben wird.
  10. Synchronmotor, der folgende Merkmale aufweist: – einen Stator (5), – einen Rotor (7), – im Stator (5) mindestens eine erste Statorerregerwicklung, eine zweite Statorerregerwicklung und eine dritte Statorerregerwicklung, – eine Steuervorrichtung (200) zum phasenversetzten Bestromen der ersten, zweiten und dritten Statorerregerwicklung, – eine Sensoreinheit (2) zum Erfassen eines Winkels zwischen einer Position des Rotors (5) und einer Position des Stators (7), – in der Steuervorrichtung (200) eine Kalibriervorrichtung (201) zum Kalibrieren des Synchronmotors (1), wobei die Kalibriervorrichtung (201) derart einrichtet ist, dass sie – die Ströme (U, V, W) durch die erste, die zweite und die dritte Statorerregerwicklung auf Null setzt, – anschließend die Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf erste Gleichstromwerte, die Stromwerten zu einer ersten Phase innerhalb eines Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als ersten Winkel, setzt, – einen Korrekturwinkel mit Hilfe eines Berechnens einer Summe aus dem ersten Winkel und minus der ersten Phase (φ1) berechnet, – den Korrekturwinkel als systematischen Nullpunktfehler für den von der Sensoreinheit erfassten Winkel zum Ansteuern des Synchronmotors verwendet.
  11. Sychronmotor nach Anspruch 10, wobei die Kalibriereinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin zum Durchführen der folgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist: – Setzen der Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf zweite Gleichspannungswerte, die den Strömen zu einer zweiten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als zweiten Winkel, – Bilden eines Korrekturwinkels mit Hilfe eines Berechnens einer Differenz aus dem ersten Winkel und der ersten Phase, und einer Differenz aus dem zweiten Winkel und der zweiten Phase.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Kalibriereinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie weiterhin zum Durchführen der folgenden Verfahrensschritte eingerichtet ist: – Setzen der Ströme durch die erste, zweite und dritte Statorerregerwicklung jeweils auf Gleichspannungswerte, die den Strömen zu einer dritten Phase im Zyklus des Bestromens der Statorerregerwicklungen entspricht, und gleichzeitiges Abspeichern eines von der Sensoreinheit angezeigten Winkels als dritten Winkel, – Bilden eines Korrekturwinkels mit Hilfe eines Berechnens einer Summe aus einer Differenz aus dem ersten Winkel und erster Phase, einer Differenz aus zweiten Winkel und zweiter Phase und einer Differenz aus dritten Winkel und erster Phase.
  13. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronmotor eine Anzahl n > 1 von Polpaaren aufweist und sich die Differenz aus erster Phase und zweiter Phase sich aus der 360° geteilt durch die Anzahl n der Polpaare ergibt.
  14. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit einen Hallsensor, der ortsfest in Bezug auf den Stator vorgesehen ist, aufweist.
  15. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Abfolge der Schritte der Rotor des Synchronmotors mindestens eine volle Umdrehung durchführt.
  16. Kalibriervorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis, gekennzeichnet durch einen Freilauf zum Schalten des Synchronmotors in einen lastfreien Zustand während des Kalibrierens.
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