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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Rotors eines Elektromotors, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem ein Positionssignal des Rotors des Elektromotors von einem Sensor abgenommen wird, das von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Rotors ausgewertet wird.
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In Kupplungsbetätigungssystemen in Kraftfahrzeugen, insbesondere bei elektrohydraulischen Kupplungsbetätigungssystemen, wird ein Kolben eines Geberzylinders von einem elektrisch kommutierten Elektromotor angetrieben, der von einem Steuergerät angesteuert wird. Der Kolben des Geberzylinders befördert aufgrund seiner Position eine Hydraulikflüssigkeit durch eine Hydraulikleitung zu einem Nehmerzylinder, welcher ebenfalls einen Kolben aufweist, der durch die Hydraulikflüssigkeit verstellt wird, wodurch eine Kraft auf die Kupplung ausgeübt wird, welche somit in ihrer Position verändert wird.
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Zur genauen Ansteuerung des Elektromotors und somit der Einstellung einer genauen Kupplungsposition muss eine Winkelposition eines Rotors des elektrisch kommutierten Elektromotors genau erfasst werden. Dies geschieht mittels Magnetfeldsensoren, die ein diametral magnetisiertes Magnetfeld messen, welches durch einen Magneten aufgebaut wird. Durch die Auswertung des Magnetfeldes wird auf die Winkelposition des Rotors innerhalb einer Umdrehung des Rotors geschlossen. Zu solchen Magnetfeldsensoren gehören Hall-Sensoren und Sensoren, die nach dem GMR-Prinzip arbeiten. Bei beiden genannten Magnetfeldsensoren wird die Rotorlage absolut über 360 ° einer Umdrehung des Rotors sensiert. Beide Sensorprinzipien sind hinsichtlich des Magnetisierungsdesigns ungenau. Darüber hinaus ist bei einem GMR-Sensor durch den komplexen Schichtaufbau eine deutlich aufwändigere Herstellung notwendig, wobei bei einem zu hohen Magnetfeld eine irreversible Magnetisierungsänderung der magnetischen Schicht auftreten kann.
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Aus der
DE 10 2013 213 948 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere für ein Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einem außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensor abgenommen wird, welches von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Elektromotors ausgewertet wird.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors anzugeben, mit welchem kostengünstig ein genaues Magnetisierungsdesign eingestellt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine mechanische Position des, eine ungerade Anzahl von Polpaaren aufweisenden Rotors von dem 180°-Sensor im Einschaltmoment des Elektromotors erfasst wird und in Abhängigkeit eines, dieser Position zugeordneten elektrischen Kommutierungsmusters, mit welchem der Elektromotor angesteuert wird, bestimmt wird, ob der Rotor die erkannte mechanische Position oder eine um 180 ° verschobene mechanische Position einnimmt. Die Verwendung der kostengünstigen 180° Sensoren, unter welchen im Weiteren Sensoren verstanden werden sollen, die nur einen Absolutwert über 180 °-mechanisch (halbe Umdrehung des Rotors) liefern, erlaubt eine genaue Einstellung des Magnetisierungsdesigns. Die beschriebene Auswertung der Rotorlage ermöglicht auch bei einer Gesamtumdrehung von 360 ° eine eindeutige Sensierung der Rotorlage des Elektromotors. Dies trifft insbesondere zu, wenn der Rotor eine ungerade Polpaarzahl aufweist. Bei geradpolpaarigen Rotoren ist dies nicht relevant, da sich die Polpaare bei 180 °mechanisch spiegeln, so dass eine absolute Positionsbestimmung innerhalb eines elektrischen Polpaares gegeben ist.
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Vorteilhafterweise wird der Elektromotor mit dem, der Position im Einschaltmoment zugeordneten elektrischen Kommutierungsmuster angesteuert, wobei bei einer Drehung des Rotors des Elektromotors in eine unerwartete Richtung auf die um 180° verschobene mechanische Position des Rotor erkannt wird und das elektrische Kommutierungsmuster zur Ansteuerung des Elektromotors um 180 ° elektrisch verschoben wird. Da bei einem Einschalten des Elektromotors zwei um 180 ° mechanisch verschobene Positionen des Rotors in Frage kommen, führt die Überprüfung mit einem, der detektierten Position des Rotors zugeordneten elektrischen Kommutierungsmuster dazu, festzustellen, ob sich der Rotor bei dieser elektrischen Ansteuerung gar nicht dreht oder in eine bevorzugte erwartete Richtung dreht. Ist dies der Fall, so kann davon ausgegangen werden, dass die richtige mechanische Winkelposition durch die Auswerteschaltung, erkannt wurde. Dreht sich aber der Rotor in eine entgegengesetzte Richtung, so ist dies ein Indiz dafür, dass der Rotor eine, um 180 ° mechanisch verschobene Position einnimmt. Um somit wieder auf eine normale Ansteuerung des Elektromotors überzugehen, wird das elektrische Kommutierungsmuster um 180 ° elektrisch verschoben.
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In einer Ausgestaltung wird die bestimmte mechanische Position des Rotors für eine absolute 360 °-mechanische Positionsbestimmung des Rotors des Elektromotors während des Betriebes des Elektromotors verwendet, da durch die einmalige Bestimmung nach dem Einschalten des Elektromotors die Ausgangsposition sowohl mechanisch als auch elektrisch eindeutig festgelegt ist.
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In einer Variante wird die mechanische Position des Rotors des Elektromotors bei einem Wiedereinschalten des Elektromotors neu bestimmt. Damit wird gewährleistet, dass immer die tatsächliche mechanische Position des Rotors der richtigen elektrischen Kommutierung zugeordnet wird und somit eine korrekte Bestimmung der Lage des Rotors während des sich anschließenden Betriebes des Elektromotors gewährleistet wird.
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Vorteilhafterweise wird als Sensor ein AMR-Sensor verwendet. Ein solcher AMR-Sensor ist kostengünstiger als die aus dem Stand der Technik bekannten Sensoren und erlaubt ein einfacheres Magnetdesign, wobei Magnetkosten des Rotors gesenkt werden.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung dargestellten Figuren näher erläutert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Prinzipdarstellung einer rotierenden Komponente mit einer Sensorik,
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2 ein Ausführungsbeispiel für eine mechanische und elektrische Winkeleinteilung bei einem 5-poligen Rotor,
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3 ein Ausführungsbeispiel der Zuordnung eines Inkrementalsignals zu einer Kommutierung bei einem Rotor gemäß 2.
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In 1 ist ein System 1 gezeigt, welches eine rotierende Komponente, beispielsweise einen Rotor 2 eines Elektromotors mit einer Sensorik umfasst. Im Weiteren soll als Rotor 2 eine Welle des Elektromotors betrachtet werden, welcher üblicherweise in einem Kupplungsbetätigungssystem, beispielsweise einem Doppelkupplungsgetriebe, in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird. Das Kupplungsbetätigungssystem umfasst dabei einen elektrostatischen Kupplungsaktor, welcher durch den Elektromotor angetrieben wird. Mittels einer Sensorik 6 wird die Winkelposition der Welle 2 des Elektromotors zur genauen Einstellung der Position einer Kupplung bestimmt.
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Die Welle 2 besitzt an einer Frontseite einen Magneten 3, während auf einer, dem Magneten 3 gegenüber liegenden Platine 5 die Sensorik 6 befestigt ist. Die Sensorik 6 umfasst einen AMR-Sensor 7 und eine Auswerteschaltung 8 des AMR-Sensors 7. Der AMR-Sensor 7 ist symmetrisch zur Drehachse 9 der Welle 2 angeordnet und mit seiner sensitiven Fläche so positioniert, dass die sensitive Fläche frontal dem Magneten 3 zugewandt ist.
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Der AMR-Sensor 7 detektiert das Magnetfeld, welches innerhalb einer halben Umdrehung, d.h. von 0 bis 180 °, durch den Magneten 3 geändert wird. Aufgrund dessen, dass der Rotor 2 fünf ungerade Polpaare aufweist, ist die Positionsbestimmung beim Einschalten des Elektromotors nicht eindeutig gegeben. Wie aus 2 ersichtlich, wo eine mechanische Umdrehung des 5-poligen Rotors 2 um 360 ° dargestellt ist, kann der eine Nulldurchgang des Ausgangssignal des Sensors 7 direkt auf der korrekten 0 von 0 ° mechanisch liegen und der andere auf 180 °-mechanisch. Diese Winkelstellung von 180 °-mechanisch entspricht aber bei einem Elektromotor mit ungeradzahligen Polpaaren am Rotor der Position von 180 °-elektrisch. Es liegt zwar im Einschaltmoment eine 180 °-absolute Winkelinformation über die Stellung des Rotors 2 vor, diesekann aber nicht dem 360 °-Winkel zugeordnet werden. In 2 ist die Kommutierung über den durch die ungerade Polpaarzahl des Rotors aufgespannten elektrischen Sektoren dargestellt. Dadurch ergeben sich fünf elektrische Sektoren im Bereich zwischen 0 ° und 360 °-mechanisch. Bei diesen fünf Polpaaren entspricht ein Bereich einem Winkel von 72 °-mechanisch. Am Sektor 2 ist am Beispiel der Blockkommutierung verdeutlicht, wie die Winkel elektrisch sich über diesen Sektor 2 verteilen. Sieht die Auswerteschaltung 8 beim Einschalten des Elektromotors die Position 60 °-elektrisch im Sektor 2, so kann diese Position dem Winkel 87 °-mechanisch oder 267 °-mechanisch entsprechen.
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Diese Mehrdeutigkeit wird wie folgt aufgelöst: Beim Einschalten des AMR-Sensors 7 kann dieser nun die korrekte Position oder die um 180 °-elektrisch plus die mechanische Winkelposition verschobene Positionen ausgeben. Um die korrekte Position des Rotors 2 zu ermitteln, wird das in der Steuerung des Elektromotors als nächstes anliegende Kommutierungsmuster ausgegeben. Dies kann gemäß 3 beispielsweise eine Kommutierung mit dem Bitdesign 100 sein, was einer Bestromung der Phasen U und W des Elektromotors entspricht. Dreht sich der Rotor 2 des Elektromotors nach dem Anlegen dieser Kommutierungsmuster in eine erwartete Richtung bzw. verharrt der Rotor 2 in seiner Position, so kann davon ausgegangen werden, dass die Position des Rotors 2, welche der AMR-Sensor 7 beim Einschalten der Bestromung gesehen hat, korrekt ist. Somit kann diese Position als Nullposition gewertet werden und davon ausgehend die mechanische Position des Rotors auf 360 ° absolut ermittelt werden.
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Dreht sich allerdings bei dem eingestellten Kommutierungsmuster 100 der Rotor 2 des Elektromotors in die, zur erwartenden Richtung entgegengesetzte Richtung, weil die Position zwar dem Kommutierungsmuster 100 entspricht, aber der Standpunkt des Rotors um 180 ° elektrisch verschoben ist, so wird zur Korrektur ein Kommutierungsmuster 011 gewählt, was ausgehend von dem Bitdesign 100 180 ° elektrisch verschoben ist. Dreht sich der Rotor 2 bei Anlegen dieses Kommutierungsmusters 011 an den Elektromotor in die erwartete Richtung, so kann sicher davon ausgegangen werden, dass somit die richtige Rotorlage erkannt wurde, wobei der erfasste Winkel 180 ° elektrisch plus dem mechanisch erkannten Winkel der Nullposition des Rotors 2 entspricht, welche bei der weiteren Ansteuerung des Rotors 2 für eine 360 °-Umdrehung zugrunde gelegt werden muss. Diese Information ist bis zum Abschalten des Elektromotors gültig. Beim nächsten Einschalten wird die beschriebene Routine wieder durchlaufen, um wieder die richtige Position des Rotors zu erkennen, welche als Nulldurchgang gewertet wird.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- System
- 2
- Rotor
- 3
- Magnet
- 4
- Drehachse des Rotors
- 5
- Platine
- 6
- Sensorik
- 7
- AMR-Sensor
- 8
- Auswerteschaltung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013213948 A1 [0004]
