DE102016207643A1 - Method for determining a position of a rotor of an electrical machine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Läufers (100) einer elektrischen Maschine bezüglich eines Stators der elektrischen Maschine, wobei der Läufer (100) Permanentmagnete (104) und einen Magnetgeber (106) mit einer vorbestimmten Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, der Stator Drehstromwicklungen und wenigstens einen Magnetfeldaufnehmer aufweist und die elektrische Maschine elektronisch sensorgesteuert schrittweise kommutiert ist, wobei der Läufer (100) relativ zu dem Stator bewegt wird, dabei in mehreren Kommutierungsschritten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers erfasst werden und eine Position des Läufers (100) bezüglich des Stators unter Berücksichtigung der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers bestimmt wird, um das Verfahren zu verbessern.A method of determining a position of an electric machine rotor (100) with respect to a stator of the electric machine, the rotor (100) comprising permanent magnets (104) and a magnetic encoder (106) having a predetermined number of magnetic poles with an alternating direction of magnetization, the stator Has three-phase windings and at least one magnetic field sensor and the electric machine electronically controlled stepwise commutated, wherein the rotor (100) is moved relative to the stator, thereby signals of the at least one magnetic field sensor are detected in several Kommutierungsschritten and a position of the rotor (100) with respect to Stators is determined in consideration of the detected signals in the plurality of commutation of the at least one magnetic field sensor to improve the method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Läufers einer elektrischen Maschine bezüglich eines Stators der elektrischen Maschine, wobei der Läufer Permanentmagnete und einen Magnetgeber mit einer vorbestimmten Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, der Stator Drehstromwicklungen und wenigstens einen Magnetfeldaufnehmer aufweist und die elektrische Maschine elektronisch sensorgesteuert schrittweise kommutiert ist.The invention relates to a method for determining a position of a rotor of an electric machine with respect to a stator of the electric machine, wherein the rotor permanent magnets and a magnetic encoder having a predetermined number of magnetic poles with an alternating direction of magnetization, the stator has three-phase windings and at least one magnetic field sensor and the electric machine is electronically step-wise commutated sensor-controlled.

Aus der DE 10 2013 205 905 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bestimmung und/oder Ansteuerung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Position eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird, wobei das von der Sensorik abgenommene Positionssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei das während einer Sinusansteuerung des Elektromotors von der Sensorik abgegebene Positionssignal mittels mindestens einem, während einer Blockansteuerung des Elektromotors erfassten Positionssignal plausibilisiert wird.From the DE 10 2013 205 905 A1 a method is known for determining and / or controlling a position of an electric motor, in particular in a clutch actuation system of a motor vehicle, wherein the position of a rotor of the electric motor is removed from a, arranged outside a rotational axis of the electric motor to a stator of the electric motor sensor, wherein the the position signal picked up by the sensor system is evaluated by an evaluation unit, wherein the position signal output by the sensor during a sinusoidal control of the electric motor is made plausible by means of at least one position signal detected during a block control of the electric motor.

Aus der DE 10 2013 208 986 A1 ist ein Magnetgeberring einer Rotorlagesensorik eines elektrisch kommutierten Motors bekannt, welcher drehfest mit einem Rotor des elektrisch kommutierten Motors verbunden ist und welcher eine vorgegebene Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, bei dem jedes Magnetpolpaar mindestens eine Einbuchtung aufweist.From the DE 10 2013 208 986 A1 a magnetic encoder ring of a rotor position sensor of an electrically commutated motor is known, which is rotatably connected to a rotor of the electrically commutated motor and which has a predetermined number of magnetic poles with an alternating magnetization direction, wherein each magnetic pole pair has at least one indentation.

Aus der DE 10 2013 213 948 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, 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, wobei im Stillstand des Rotors dieser mit einer Spannung beaufschlagt wird und eine der Position des Rotors entsprechende Antwortreaktion einer Kommutierung des Elektromotors zugeordnet wird.From the DE 10 2013 213 948 A1 a method is known for determining a position of an electric motor, in particular in a clutch actuation system of a motor vehicle, in which a position signal of a rotor of the electric motor is removed from a, arranged outside a rotation axis of the electric motor to a stator of the electric motor sensor, which of an evaluation unit with respect Position of the electric motor is evaluated, which is acted upon by a voltage at standstill of the rotor and a corresponding position of the rotor response response of a commutation of the electric motor is assigned.

Aus der DE 10 2013 222 366 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bestimmung und/oder Ansteuerung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem die Position eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird, wobei das von der Sensorik abgenommene Positionssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei das Positionssignal in Abhängigkeit von einer Übertragungsentfernung zwischen Sensorik und Auswerteeinheit bei kurzen Übertragungsentfernungen mittels eines SPI-Protokoll-Signals und/oder bei längeren Übertragungsentfernungen mittels eines PWM-Signals übertragen wird.From the DE 10 2013 222 366 A1 a method is known for determining and / or controlling a position of an electric motor, in particular in a clutch actuation system of a motor vehicle, wherein the position of a rotor of the electric motor is removed from a, arranged outside a rotational axis of the electric motor to a stator of the electric motor sensor, wherein the evaluated by the sensor position sensor signal is evaluated by an evaluation unit, wherein the position signal is transmitted in response to a transmission distance between the sensor and evaluation at short transmission distances by means of an SPI protocol signal and / or at longer transmission distances by means of a PWM signal.

Aus der DE 10 2013 211 041 A1 ist ein Verfahren bekannt zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bei welchem ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird und von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Elektromotors ausgewertet wird, wobei nach einer Erkennung einer Änderung des Positionssignals eine Kommutierung einer Ansteuerung des Elektromotors ausgelöst wird, wobei nach der Erkennung der Änderung des Positionssignals eine Bestimmung der aktuellen Position des Rotors ausgeführt wird, wobei die Kommutierung des Elektromotors in Abhängigkeit von der detektierten aktuellen Position des Rotors ausgelöst wird.From the DE 10 2013 211 041 A1 a method is known for determining a position of an electric motor, in particular in a clutch actuation system of a motor vehicle, in which a position signal of a rotor of the electric motor is removed from a sensor arranged outside a rotation axis of the electric motor on a stator of the electric motor and by an evaluation unit with respect to the position the commutation of a control of the electric motor is triggered after detection of a change in the position signal, wherein after detecting the change of the position signal, a determination of the current position of the rotor is performed, wherein the commutation of the electric motor in response to the detected current position of the rotor is triggered.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Verfahren zu verbessern.The invention has for its object to improve a method mentioned above.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The object is achieved by a method having the features of claim 1.

Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine sein. Die elektrische Maschine kann eine bürstenlose Gleichstrommaschine sein. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine Phase aufweisen. Die elektrische Maschine kann insbesondere drei Phasen aufweisen. Die elektrische Maschine kann wenigstens zwei Polpaare aufweisen. Die elektrische Maschine kann insbesondere vier bis vierzehn Polpaare, insbesondere fünf Polpaare oder elf Polpaare aufweisen. Die Drehstromwicklungen können zeitlich versetzt ansteuerbar sein, um ein bewegtes Antriebsfeld zu bilden, welches an dem permanenterregten Läufer ein Antriebsmoment bewirkt. Der Läufer kann sich in einem Betrieb zu einer Wechselspannung synchron bewegen. Die elektrische Maschine kann abhängig von einer Bewegungslage des Läufers, einer Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers und/oder einem Bewegungsmoment kommutierbar sein. Eine Frequenz und/oder eine Amplitude kann abhängig von einer Bewegungslage des Läufers, einer Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers und/oder einem Bewegungsmoment veränderbar sein. Die elektrische Maschine kann als Motor und/oder als Generator betreibbar sein. Die elektrische Maschine kann zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug dienen. Die elektrische Maschine kann zum Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Reibungskupplungsvorrichtung dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Hybridtrennkupplung dienen. Die Hybridtrennkupplung kann zum Verbinden einer elektrischen Maschine mit bzw. zum Trennen einer elektrischen Maschine von einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen eines hydrostatischen Kupplungsaktuators dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen eines Geberzylinders eines hydrostatischen Kupplungsaktuators dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Getriebevorrichtung dienen. Die elektrische Maschine kann eine Rotationsmaschine sein, bei der der Läufer als Rotor ausgeführt ist und bei einem Betrieb eine Drehbewegung ausführt. Der Rotor kann hohlwellenartig ausgeführt sein. Die elektrische Maschine kann eine Linearmaschine sein, bei der der Läufer bei einem Betrieb eine Linearbewegung ausführt. Die elektrische Maschine kann blockkommutiert sein. Die elektrische Maschine kann eine baulich integrierte elektrische Steuereinrichtung aufweisen. Die elektrische Maschine kann mithilfe einer baulich gesonderten elektrischen Steuereinrichtung kontrollierbar sein. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine elektrische Leistungsschnittstelle aufweisen. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine elektrische Signalschnittstelle aufweisen. Die elektrische Maschine kann auch als Aktuator oder Aktor bezeichnet werden.The electric machine may be a synchronous machine. The electric machine may be a brushless DC machine. The electric machine may have at least one phase. The electric machine may in particular have three phases. The electric machine can have at least two pole pairs. In particular, the electric machine can have four to fourteen pole pairs, in particular five pole pairs or eleven pole pairs. The three-phase windings can be controlled offset in time to form a moving drive field, which causes a drive torque on the permanent-magnet rotor. The rotor can move synchronously in operation to an AC voltage. The electric machine can be commutated depending on a movement position of the rotor, a movement speed of the rotor and / or a movement moment. A frequency and / or an amplitude can be variable depending on a movement position of the runner, a movement speed of the runner and / or a movement moment. The electric machine can be operated as a motor and / or as a generator. The Electric machine can serve for use in a motor vehicle. The electric machine can be used to drive a motor vehicle. The electric machine can be used to actuate a friction coupling device. The electric machine can be used to operate a hybrid disconnect clutch. The hybrid disconnect clutch may be for connecting an electric machine to or disconnecting an electric machine from a hybrid powertrain of a motor vehicle. The electric machine can be used to actuate a hydrostatic clutch actuator. The electric machine can be used to actuate a master cylinder of a hydrostatic clutch actuator. The electric machine can be used to actuate a transmission device. The electric machine may be a rotary machine in which the rotor is designed as a rotor and performs a rotary movement during operation. The rotor can be designed like a hollow shaft. The electric machine may be a linear machine in which the rotor performs a linear movement during operation. The electric machine can be block commutated. The electric machine may have a structurally integrated electrical control device. The electric machine can be controlled by means of a structurally separate electrical control device. The electric machine may have at least one electrical power interface. The electrical machine may have at least one electrical signal interface. The electric machine can also be referred to as an actuator or actuator.

Der Magnetgeber kann mit dem Läufer bewegungsfest verbunden sein. Der Magnetgeber kann ringförmig ausgeführt sein. Der Magnetgeber kann stabförmig ausgeführt sein. Der Magnetgeber kann Magnetpolpaare aufweisen. Jedes Magnetpolpaar kann wenigstens eine Einbuchtung aufweisen. Die wenigstens eine Einbuchtung kann durch jeweils zwei nebeneinander liegende Magnetpole gebildet sein. Jeder Magnetpol kann wenigstens eine Teileinbuchtung aufweisen. Teileinbuchtungen benachbarter Magnetpole können im Bereich einer vorzugsweise spaltfreien Magnetangrenzung zusammengeführt sein. Die wenigstens eine Einbuchtung kann trapezähnlich ausgebildet sein. Die wenigstens eine Einbuchtung kann zumindest annähernd rund ausgebildet sein. Die Einbuchtung kann sich in Magnetisierungsrichtung der Magnetpole erstrecken. Die Magnetpole können mit der alternierenden Magnetisierungsrichtung senkrecht zum Magnetgeber angeordnet sein. Die Magnetpole können mit der alternierenden Magnetisierungsrichtung axial bezüglich einer Drehachse eines als Rotor ausgeführten Läufers angeordnet sein. Die Magnetpole können mit der alternierenden Magnetisierungsrichtung axial bezüglich einer Längsachse eines linearen Läufers angeordnet sein.The magnetic encoder can be connected immovably to the rotor. The magnetic encoder can be designed annular. The magnetic encoder can be designed rod-shaped. The magnetic encoder may have magnetic pole pairs. Each magnetic pole pair can have at least one indentation. The at least one indentation can be formed by two adjacent magnetic poles each. Each magnetic pole can have at least one partial dent. Partial indentations of adjacent magnetic poles can be brought together in the region of a preferably gap-free magnetic boundary. The at least one indentation may be trapezoidal. The at least one indentation may be at least approximately round. The indentation may extend in the magnetization direction of the magnetic poles. The magnetic poles can be arranged with the alternating direction of magnetization perpendicular to the magnetic transmitter. The magnetic poles may be arranged with the alternating direction of magnetization axially with respect to an axis of rotation of a rotor designed as a rotor. The magnetic poles may be arranged with the alternating direction of magnetization axially with respect to a longitudinal axis of a linear rotor.

Der wenigstens eine Magnetfeldaufnehmer kann dazu dienen, eine Läuferposition und/oder eine Läuferbewegungsgeschwindigkeit zu erfassen. Die elektrische Maschine kann für jede Phase einen Magnetfeldaufnehmer aufweisen. Die elektrische Maschine kann drei Magnetfeldaufnehmer aufweisen. Der wenigstens eine Magnetfeldaufnehmer kann einen Hall-Sensor aufweisen. Mehrere Magnetfeldaufnehmer können in einem Magnetfeldaufnehmermodul zusammengefasst sein.The at least one magnetic field sensor can serve to detect a rotor position and / or a rotor movement speed. The electric machine may have a magnetic field sensor for each phase. The electric machine can have three magnetic field sensors. The at least one magnetic field sensor can have a Hall sensor. Several magnetic field sensors can be combined in one magnetic field sensor module.

In den mehreren Kommutierungsschritten können jeweils Signale von wenigstens zwei Magnetfeldaufnehmern erfasst werden. Eine Position des Läufers bezüglich des Stators kann unter Berücksichtigung jeweiliger Signalwertdifferenzen der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale der wenigstens zwei Magnetfeldaufnehmer bestimmt werden. Eine Position des Läufers bezüglich des Stators kann unter Berücksichtigung von Signalabständen, insbesondere von Signalwegabständen, Signalwinkelabständen und/oder Signalzeitabständen, der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers bestimmt werden.In each case, signals from at least two magnetic field sensors can be detected in the several commutation steps. A position of the rotor relative to the stator can be determined taking into account respective signal value differences of the signals of the at least two magnetic field sensors detected in the several commutation steps. A position of the rotor relative to the stator can be determined taking into account signal distances, in particular signal path distances, signal angle distances and / or signal time intervals, of the signals of the at least one magnetic field sensor detected in the several commutation steps.

Die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können im Rahmen einer Funktionsprüfung der elektrischen Maschine erfasst werden. Die Funktionsprüfung kann eine End-of-Line-Prüfung sein. Die End-of-Line-Prüfung kann zum abschließenden 100-%-Test der montierten elektrischen Maschine auf ihre Funktionsfähigkeit dienen. Im Rahmen der End-of-Line-Prüfung können unter reproduzierbaren Bedingungen für möglichst kurze Zeiträume vereinfachte oder reale Betriebszustände simuliert werden, um zu ermitteln, ob die elektrische Maschine als Ganzes ihre Funktion innerhalb vordefinierter Toleranzen erbringt. Die Funktionsprüfung kann mithilfe einer Prüfvorrichtung durchgeführt werden. The signals of the at least one magnetic field sensor can be detected as part of a functional test of the electrical machine. The functional test can be an end-of-line test. The end-of-line test can be used for the final 100% test of the assembled electrical machine for its functionality. As part of the end-of-line test, simplified or real operating conditions can be simulated under reproducible conditions for as short a time as possible in order to determine whether the electric machine as a whole performs its function within predefined tolerances. The functional test can be carried out with the aid of a test device.

Die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können mithilfe eines Referenzmesssystems erfasst werden. Das Referenzmesssystem kann zu einer Prüfvorrichtung gehören.The signals of the at least one magnetic field sensor can be detected by means of a reference measuring system. The reference measuring system may belong to a testing device.

Die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können über einen vorgegebenen Mindestweg erfasst werden. Der vorgegebene Mindestweg kann eine mechanische 360°-Drehung eines als Rotor ausgebildeten Läufers sein. Der vorgegebene Mindestweg kann ein mechanischer Linearweg eines linearen Läufers sein.The signals of the at least one magnetic field sensor can be detected over a predetermined minimum distance. The predetermined minimum path can be a mechanical 360 ° rotation of a rotor designed as a rotor. The predetermined minimum path can be a mechanical linear path of a linear rotor.

Die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können gespeichert werden. Die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können in einer Tabelle gespeichert werden. Die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können in einer elektrischen Steuervorrichtung, die zum Kontrollieren der elektrischen Maschine dient, gespeichert werden. Die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers können in einem von einer elektrischen Steuervorrichtung, die zum Kontrollieren der elektrischen Maschine dient, gesonderten Speichervorrichtung gespeichert werden und der Steuervorrichtung verfügbar gemacht werden.The detected signals of the at least one magnetic field sensor can be stored. The detected signals of the at least one magnetic field sensor can be stored in a table. The detected signals of the at least one Magnetic field sensor can be stored in an electrical control device, which serves to control the electric machine. The detected signals of the at least one magnetic field sensor can be stored in a separate memory device from an electrical control device, which serves to control the electrical machine, and made available to the control device.

Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine können in mehreren Kommutierungsschritten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers erfasst und mit den gespeicherten Signalen des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers verglichen werden, um eine Position des Läufers bezüglich des Stators zu bestimmen.During operation of the electric machine, signals of the at least one magnetic field sensor can be detected in several commutation steps and compared with the stored signals of the at least one magnetic field sensor in order to determine a position of the rotor relative to the stator.

Das Verfahren kann bei einem Betriebsstart der elektrischen Maschine, während eines Betriebs der elektrischen Maschine periodisch wiederholt und/oder während eines Betriebs der elektrischen Maschine ständig durchgeführt werden.The method may be repeated periodically during an operation start of the electric machine, during an operation of the electric machine, and / or performed continuously during an operation of the electric machine.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Verbesserung einer Sensorgenauigkeit. Ein Muster eines mehrperiodischen Targets, beispielsweise eines Magnetrings oder einer Musterscheibe für einen Induktionssensor, kann erkannt werden. Das Verfahren kann einen oder mehrere der folgenden Schritte umfassen: End-of-Line-Vermessung des Targets mit Referenzmesssystem; Speichern der Daten; Vergleich im Betrieb der gespeicherten Information zur Sensorinformation; Durch einen Minimum-Optimierungsalgorithmus ausrichten des Musters zum Sensor; Gewinnung der Absolutinformation über den Verfahrweg, beispielsweise 360° mechanische Umdrehung, x-mm Linearweg; Verfahren wird beim Systemstart und/oder zyklisch durchgeführt, ständige Überprüfung als Beobachter ist optional.In summary and in other words, the invention thus provides, inter alia, a method for improving sensor accuracy. A pattern of a multi-periodic target, for example a magnet ring or a pattern disk for an induction sensor, can be detected. The method may include one or more of the following steps: end-of-line measurement of the target with reference measurement system; Saving the data; Comparison in operation of the stored sensor information information; Align the pattern to the sensor through a minimum optimization algorithm; Obtaining the absolute information about the travel, for example 360 ° mechanical revolution, x-mm linear travel; Procedure is carried out at system startup and / or cyclically, constant monitoring as an observer is optional.

Die Genauigkeit eines Positionssignals des Läufers zum Stator kann von mehreren Toleranzen abhängen. Zwei große Glieder in der Toleranzkette können ein Teilungsfehler der Polpaare des Magnetgebers und die Anordnung der Permanentmagnete zu den Statorpolen sein. Nach einem Einlernimpuls, beispielsweise Zündung ein, kann die elektrische Maschine in einem Step-Betrieb 360° mechanisch gedreht werden. Bei jedem einzelnen Schritt, beispielsweise 6-mal Polpaarzahl, können Analogspannungen aufgenommen werden.The accuracy of a position signal of the rotor to the stator can depend on several tolerances. Two large members in the tolerance chain may be a pitch error of the pole pairs of the magnetic encoder and the arrangement of the permanent magnets to the stator poles. After a Einlernimpuls, for example, ignition on, the electric machine can be rotated 360 ° mechanically in a step operation. For each single step, for example 6 pole pairs, analog voltages can be recorded.

Eine Genauigkeitsoptimierung kann ohne End-of-Line-Information erfolgen. Wenn die elektrische Maschine und die Sensorik als Ideal angenommen werden, kommt ein Schaltimpuls eines Switch-Halls zu einem idealen Umkommutierungszeitpunkt. Dieser ist bei einem idealen Winkelwert zwischen Position der elektrischen Maschine im Step-Betrieb und Sensorimpuls. Wenn aber die elektrische Maschine und die Sensorik in den einzelnen Komponenten Toleranzen aufweisen, kommt das Schaltsignal des Sensors X-° vor oder nach dem idealen Punkt. Es kann also 6-mal Polpaarzahl an Korrekturwerten geben. Da ab einem Einlernzeitpunkt die Information, in welchem elektrischen Polpaar man sich befindet, bekannt ist, kann die Korrektur bis zu einem Reset oder Abschaltung weiter genutzt werden.Accuracy optimization can be done without end-of-line information. When the electric machine and the sensors are adopted as ideal, a switching pulse of a switch-hall comes at an ideal Umkommutierungszeitpunkt. This is at an ideal angle value between position of the electric machine in step mode and sensor pulse. But if the electrical machine and the sensors in the individual components have tolerances, the switching signal of the sensor X- ° comes before or after the ideal point. So there can be 6 pole pairs of correction values. Since the information on which electrical pole pair you are in is known from a training time point, the correction can be used up to a reset or shutdown.

Eine Genauigkeitsoptimierung kann mit End-of-Line-Information erfolgen. Das Verfahren kann dazu dienen, eine Information darüber bereit zu stellen, in welchem von X-Polpaaren sich die elektrische Maschine aktuell befindet. Die Messung einer mechanischen Umdrehung kann mithilfe eines Referenzmesssystems erfolgen. Diese Information über die Sensorinformation des Aktors kann einen Teilungsfehler der einzelnen Sensormagnetpolpaare angeben. Außerdem kann der Verlauf von Analogsensoren aufgezeichnet werden; dieser kann den Verlauf zwischen den einzelnen Polnulldurchgängen angeben. Der exakte Verlauf über 360° mechanisch kann somit bekannt sein und als Basis zur Optimierung/Linearisierung des Sensorsignals benutzt werden.Accuracy optimization can be done with end-of-line information. The method may serve to provide information about which of X pole pairs the electric machine is currently in. The measurement of a mechanical revolution can be done by means of a reference measuring system. This information about the sensor information of the actuator may indicate a pitch error of the individual sensor magnetic pole pairs. In addition, the history of analog sensors can be recorded; this can indicate the course between the individual pole passages. The exact course over 360 ° mechanically can thus be known and used as a basis for the optimization / linearization of the sensor signal.

Eine Informationsweitergabe kann bei einer integrierten oder nicht trennbaren Variante, bei der die elektrische Maschine, Sensoreinheit und Kommutierungs-/Positionsbestimmungselektronik miteinander fest verbunden sind, von einer End-of-Line-Prüfvorrichtung an den Aktor erfolgen. Bei einer trennbaren Variante werden die Informationen für jede elektrische Maschine an die zugehörige Steuervorrichtung jeweils in geeigneter Form übergeben, beispielsweise Korrekturparameter im DMC, dazugehöriger Datensatz etc.An information transfer can be carried out by an end-of-line testing device to the actuator in an integrated or non-separable variant in which the electrical machine, sensor unit and commutation / positioning electronics are firmly connected. In a separable variant, the information for each electrical machine is transferred to the associated control device in each case in a suitable form, for example correction parameters in the DMC, associated data set, etc.

Wenn der Aktor die erste Umdrehung im Step-Betreib durchführt, mindestens 180° mechanisch plus ein Polpaar, kann das Analogsignal zu den einzelnen Step-Positionen gespeichert werden. Danach können die Informationen aus der End-of-Line-Prüfung und der ersten Umdrehung verglichen und z.B. so lange immer um ein Polpaar verschoben werden, bis der Fehler zwischen End-of-Line und der Drehung minimal ist. Bei den Minima stimmt die Zuordnung der Pole zueinander, wenn es mehrere mögliche Kombinationen gibt, ähnliche Minima-Kombinationen. Wenn ein konstanter Teilungsfehler im Magnetgeber vorliegt, erfüllen alle Kombinationen die Genauigkeit. Da die Amplitudenwerte der Analogsensoren von verschiedenen Faktoren abhängig sind (Temperatur, Alterung des Magneten...) kann es vorteilhaft sein, beispielsweise die Verhältnisse der einzelnen Wertepaare zu nehmen.If the actuator performs the first revolution in the step mode, at least 180 ° mechanical plus a pole pair, the analog signal can be stored to the individual step positions. Thereafter, the information from the end-of-line check and the first rotation may be compared and e.g. always be shifted by one pole pair until the error between end-of-line and rotation is minimal. In the case of the minima, the assignment of the poles to each other is correct, if there are several possible combinations, similar minimum combinations. If there is a constant pitch error in the magnetic encoder, all combinations will be accurate. Since the amplitude values of the analog sensors are dependent on various factors (temperature, aging of the magnet, etc.), it may be advantageous, for example, to take the ratios of the individual value pairs.

Vorteil der Routine mit End-of-Line-Information ist, dass Effekte im Systemzusammenbau wie Last, Reibung, Temperatur ... entfallen können. Es kann hier ein ideales und überprüfbares Einlernen stattfinden. The advantage of routine with end-of-line information is that effects in the system assembly such as load, friction, temperature ... can be eliminated. It can take place here an ideal and verifiable learning.

Wenn bei einem Sensorsystem mit mehreren Sensoren (z.B. Switch-Hall-Sensoren-System) der Abstand zwischen allen Sensoren physikalisch konstant ist, können diese ganz genau durch ein externes präzises Messsystem ermittelt werden (Drehen eines Referenzmagneten bei EOL). Daher können diese Abstände als Messverkörperung dienen; damit kann der Teilungsfehler des Targets genau vermessen werden. Mit dieser Information kann eine Teilungsfehler-Tabelle erstellt werden. Bei einer konstanten Drehzahl oder einer konstanten Beschleunigung kann die Zeitdifferenz (Abstand/Geschwindigkeit) nach demselben Prinzip genutzt und gegen die Teilungsfehler-Tabelle verglichen werden. Somit ist eine Ausrichtung möglich. In a multi-sensor sensor system (e.g., a switch-hall-sensor system), if the distance between all sensors is physically constant, they can be accurately determined by an external precision measuring system (rotating a reference magnet at EOL). Therefore, these distances can serve as a measuring embodiment; Thus, the pitch error of the target can be measured accurately. This information can be used to create a pitch error table. At a constant speed or a constant acceleration, the time difference (distance / speed) can be used on the same principle and compared against the pitch error table. Thus, an alignment is possible.

Eine weitere Möglichkeit ist ein Target mit den ständigen steigenden/abfallenden oder einmal sinus- förmigen Teilungsfehler herzustellen, um einen Detektierungsprozess noch zu vereinfachen. Der Teilungsfehler soll so ausgelegt werden, dass er sich über eine mechanische Periode nicht wiederholt.Another possibility is to produce a target with the constant rising / falling or even sinusoidal division errors in order to simplify a detection process. The pitch error should be designed so that it does not repeat over a mechanical period.

Mit der Erfindung wird ein Absolutbezug eines mehrperiodischen Targets ermöglicht. Ein Absolutbezug wird über mehrere Perioden ermöglicht. Ein Absolutbezug bleibt bis zu einem Reset oder einer Abschaltung erhalten. Eine Mustererkennung eines mehrperiodischen Targets wird ermöglicht. Eine erhöhte Messauflösung wird ermöglicht. Teilungsfehler sind kompensierbar. Toleranzfehler sind kompensierbar. Eine Signalgenauigkeit wird erhöht. Ein Einlernen ist überprüfbar. Ein Einfluss von Last-, Reibungs- und/oder Temperatureffekten wird reduziert.With the invention, an absolute reference of a multi-periodic target is made possible. An absolute reference is made possible over several periods. An absolute reference is retained until a reset or a shutdown. Pattern recognition of a multi-periodic target is made possible. An increased measurement resolution is possible. Division errors can be compensated. Tolerance errors can be compensated. Signal accuracy is increased. A learning is verifiable. An influence of load, friction and / or temperature effects is reduced.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieser Ausführungsbeispiele können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to figures. From this description, further features and advantages. Concrete features of these embodiments may represent general features of the invention. Features associated with other features of these embodiments may also constitute individual features of the invention.

Es zeigen schematisch und beispielhaft:They show schematically and by way of example:

1 einen Rotor einer elektronisch sensorgesteuert kommutierten elektrischen Maschine mit Permanentmagneten und einem Magnetgeber mit mehreren Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung, 1 a rotor of an electronically sensor-controlled commutated electric machine having permanent magnets and a magnetic transmitter having a plurality of magnetic poles with an alternating direction of magnetization,

2 ein Diagramm zur Schaltpunktkorrektur mithilfe von Magnetfeldaufnehmersignalen und 2 a diagram for switching point correction using magnetic field sensor signals and

3 ein Diagramm zur Rotorpositionsbestimmung mithilfe von Signalen zweier Magnetfeldaufnehmer. 3 a diagram for rotor position determination using signals from two magnetic field sensors.

1 zeigt einen Rotor 100 einer ansonsten nicht näher dargestellten elektronisch sensorgesteuert kommutierten elektrischen Maschine. Die elektrische Maschine dient beispielsweise zum Betätigen einer Hybridtrennkupplung in einem Hybridelektrokraftfahrzeug. Der Rotor 100 weist eine hohlwellenförmige Rotorbasis 102 mit einer Innenseite und einer Stirnseite auf. An der Innenseite der Rotorbasis 102 sind Permanentmagnete, wie 104, angeordnet. Die Permanentmagnete 104 dienen dazu, einem Drehfeld zeitlich versetzt angesteuerter Drehstromwicklungen eines Stators der elektrischen Maschine zu folgen, sodass sich der Rotor 100 in einem Betrieb zu einer Wechselspannung synchron bewegt. 1 shows a rotor 100 an electronically sensor-controlled commutated electrical machine otherwise not shown. For example, the electric machine is for operating a hybrid disconnect clutch in a hybrid electric vehicle. The rotor 100 has a hollow shaft-shaped rotor base 102 with an inside and a front side on. On the inside of the rotor base 102 are permanent magnets, like 104 arranged. The permanent magnets 104 serve to follow a rotating field of three-phase driven three-phase windings of a stator of the electric machine, so that the rotor 100 moved synchronously in one operation to an AC voltage.

An der Stirnseite der Rotorbasis 102 ist ein ringförmiger Magnetgeber 106 angeordnet. Der Magnetgeber 106 weist eine vorgegebene Anzahl von Magnetpolen N, S auf, die in alternierender Weise angeordnet sind. Die Magnetpole N, S des Magnetgebers 6 sind radial zu einer Achse des Rotors 100 angeordnet. Die Permanentmagnete 104 weisen die gleiche Anzahl von Polpaaren N, S wie der Magnetgeber 106 auf. Ein Polpaar N, S wird dabei von zwei Magnetpolen N, S gebildet, deren Magnetisierungsrichtung in entgegengesetzter Richtung verläuft. Die Anzahl der Permanentmagnete 104 wird durch die elektrisch kommutierte elektrische Maschine vorgegeben, wodurch auch die Anzahl der Magnetpole N, S auf dem Magnetgeber 106 bestimmt wird. Ein Magnetfeld des Magnetgebers 106 ist mithilfe von statorseitigen Magnetfeldaufnehmern, insbesondere mithilfe von Hall-Sensoren, erfassbar.At the front of the rotor base 102 is an annular magnetic encoder 106 arranged. The magnetic encoder 106 has a predetermined number of magnetic poles N, S arranged in an alternating manner. The magnetic poles N, S of the magnetic encoder 6 are radial to an axis of the rotor 100 arranged. The permanent magnets 104 have the same number of pole pairs N, S as the magnetic encoder 106 on. A pole pair N, S is formed by two magnetic poles N, S whose magnetization direction is in the opposite direction. The number of permanent magnets 104 is given by the electrically commutated electric machine, whereby the number of magnetic poles N, S on the magnetic encoder 106 is determined. A magnetic field of the magnetic encoder 106 is detectable by means of stator magnetic field sensors, in particular by means of Hall sensors.

2 zeigt ein Diagramm 200 zur Schaltpunktkorrektur mithilfe von Magnetfeldaufnehmersignalen 202, 204. Im Rahmen einer Funktionsprüfung einer wie mit Bezug auf 1 beschriebenen elektrischen Maschine wird der Rotor der elektrischen Maschine mit dem Magnetgeber gedreht. Dabei werden mithilfe von Magnetfeldaufnehmern Signale erfasst und gespeichert. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine wird das gespeicherte Signalprofil mit Magnetfeldaufnehmersignalen 202, 204, die während des Betriebs erfasst werden, verglichen. Damit wird festgestellt, in welchem der Polpaare sich die elektrische Maschine gerade befindet und es wird eine Schaltpunktkorrektur vorgenommen. 2 shows a diagram 200 for switching point correction using magnetic field sensor signals 202 . 204 , As part of a functional test of a as with reference to 1 described electric machine, the rotor of the electric machine is rotated with the magnetic encoder. In the process, signals are recorded and stored with the aid of magnetic field sensors. During operation of the electrical machine, the stored signal profile becomes magnetic field sensor signals 202 . 204 compared during operation. This determines in which of the pole pairs the electrical machine is currently located and a switching point correction is carried out.

In 2 ist auf einer x-Achse ein Winkel bzw. eine Zeit aufgetragen, über 360° elektrisch sind für ein erstes Polpaar sechs Kommutierungsschritte 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 dargestellt, gefolgt von Kommutierungsschritten 2.1, 2.2, 2.3 etc. für ein zweites Poolpaar. Auf einer y-Achse ist eine elektrische Spannung aufgetragen. Im Kommutierungsschritt 1.5 ist der Schaltpunkt 206 toleranz- bzw. teilungsfehlerbedingt zur Idealposition 208 verschoben. Durch Vergleich des gespeicherten Signalprofils mit den Magnetfeldaufnehmersignalen 202, 204, wird festgestellt, in welchem der Polpaare sich die elektrische Maschine gerade befindet und eine Schaltpunktkorrektur ist ermöglicht. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und die zugehörige Beschreibung verwiesen.In 2 is plotted on an x-axis angle or time, over 360 ° electrically six commutation steps 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5, 1.6 are shown for a first pair of poles, followed by Commutation steps 2.1, 2.2, 2.3 etc. for a second pool pair. On a y-axis, an electrical voltage is plotted. In the commutation step 1.5 is the switching point 206 Tolerance or division error conditioned to the ideal position 208 postponed. By comparing the stored signal profile with the magnetic field sensor signals 202 . 204 , it is determined in which of the pole pairs the electrical machine is currently located and a switching point correction is possible. Incidentally, in addition to particular 1 and the related description.

3 zeigt ein Diagramm 300 zur Rotorpositionsbestimmung mithilfe von Signalen 302, 304 zweier Magnetfeldaufnehmer. Eine Position des Rotors bezüglich des Stators wird unter Berücksichtigung jeweiliger Signalwertdifferenzen, wie 306, bestimmt. Dazu werden im Rahmen einer Funktionsprüfung einer wie mit Bezug auf 1 beschriebenen elektrischen Maschine Signalwertdifferenzen erfasst und gespeichert. Bei einem Betrieb der elektrischen Maschine wird das gespeicherte Signalwertdifferenzprofil mit Signalwertdifferenzen der Signale 302, 304, die während des Betriebs erfasst werden, verglichen, um festzustellen, in welchem der Polpaare sich die elektrische Maschine gerade befindet. Alternativ oder zusätzlich kann eine Position des Rotors bezüglich des Stators unter Berücksichtigung von Signalwegabständen, Signalwinkelabständen und/oder Signalzeitabständen bestimmt werden. Im Übrigen wird ergänzend insbesondere auf 1 und 2 sowie die zugehörige Beschreibung verwiesen. 3 shows a diagram 300 for rotor position determination by means of signals 302 . 304 two magnetic field sensors. A position of the rotor with respect to the stator is calculated taking into account respective signal value differences, such as 306 , certainly. For this purpose, as part of a functional test, as with reference to 1 described electrical machine signal differences recorded and stored. In an operation of the electric machine, the stored signal value difference profile with signal value differences of the signals 302 . 304 , which are detected during operation, compared to determine in which of the pole pairs the electrical machine is currently located. Alternatively or additionally, a position of the rotor with respect to the stator can be determined taking into account signal path distances, signal angle spacings and / or signal time intervals. Incidentally, in addition to particular 1 and 2 and the associated description.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

100100
Läufer, Rotor Runner, rotor
102102
Rotorbasis rotor base
104104
Permanentmagnet permanent magnet
106106
Magnetgeber MPU
200200
Diagramm diagram
202202
Magnetfeldaufnehmersignal Magnetfeldaufnehmersignal
204204
Magnetfeldaufnehmersignal Magnetfeldaufnehmersignal
206206
Schaltpunkt switching point
208208
Idealposition ideal position
300300
Diagramm diagram
302302
Signal signal
304304
Signal signal
306306
Signalwertdifferenz Signal value difference

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • DE 102013211041 A1 [0006] DE 102013211041 A1 [0006]

Claims (10)

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Läufers (100) einer elektrischen Maschine bezüglich eines Stators der elektrischen Maschine, wobei der Läufer (100) Permanentmagnete (104) und einen Magnetgeber (106) mit einer vorbestimmten Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, der Stator Drehstromwicklungen und wenigstens einen Magnetfeldaufnehmer aufweist und die elektrische Maschine elektronisch sensorgesteuert schrittweise kommutiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass – der Läufer (100) relativ zu dem Stator bewegt wird, – dabei in mehreren Kommutierungsschritten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers erfasst werden, – eine Position des Läufers (100) bezüglich des Stators unter Berücksichtigung der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers bestimmt wird.Method for determining a position of a runner ( 100 ) of an electrical machine with respect to a stator of the electric machine, wherein the rotor ( 100 ) Permanent magnets ( 104 ) and a magnetic transmitter ( 106 ) having a predetermined number of magnetic poles with an alternating direction of magnetization, the stator has three-phase windings and at least one magnetic field sensor and the electric machine is electronically step-controlled commutated electronically, characterized in that - the rotor ( 100 ) is moved relative to the stator, - are detected in several commutation steps signals of at least one magnetic field sensor, - a position of the rotor ( 100 ) with respect to the stator, taking into account the signals of the at least one magnetic field sensor detected in the several commutation steps. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den mehreren Kommutierungsschritten jeweils Signale von wenigstens zwei Magnetfeldaufnehmern erfasst werden und eine Position des Läufers (100) bezüglich des Stators unter Berücksichtigung jeweiliger Signalwertdifferenzen der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale der wenigstens zwei Magnetfeldaufnehmer bestimmt wird.A method according to claim 1, characterized in that in the plurality of commutation steps in each case signals from at least two magnetic field sensors are detected and a position of the rotor ( 100 ) with respect to the stator, taking into account respective signal value differences of the signals detected in the plurality of commutation steps of the at least two magnetic field sensors. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Position des Läufers (100) bezüglich des Stators unter Berücksichtigung von Signalabständen, insbesondere von Signalwegabständen, Signalwinkelabständen und/oder Signalzeitabständen, der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers bestimmt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that a position of the runner ( 100 ) with respect to the stator, taking into account signal distances, in particular signal path distances, signal angle spacings and / or signal time intervals, of the signals of the at least one magnetic field sensor detected in the several commutation steps. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers im Rahmen einer Funktionsprüfung der elektrischen Maschine erfasst werden. Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signals of the at least one magnetic field sensor are detected during a functional test of the electrical machine. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers mithilfe eines Referenzmesssystems erfasst werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signals of the at least one magnetic field sensor are detected by means of a reference measuring system. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers über einen vorgegebenen Mindestweg erfasst werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the signals of the at least one magnetic field sensor are detected over a predetermined minimum distance. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers gespeichert werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the detected signals of the at least one magnetic field sensor are stored. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers in einer Tabelle gespeichert werden.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the detected signals of the at least one magnetic field sensor are stored in a table. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betrieb der elektrischen Maschine in mehreren Kommutierungsschritten Signale (202, 204, 302, 304) des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers erfasst und mit den gespeicherten Signalen des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers verglichen werden, um eine Position des Läufers (100) bezüglich des Stators zu bestimmen.Method according to at least one of claims 7 to 8, characterized in that during operation of the electric machine in a plurality of commutation steps signals ( 202 . 204 . 302 . 304 ) of the at least one magnetic field pickup and compared with the stored signals of the at least one magnetic field pickup to a position of the rotor ( 100 ) with respect to the stator. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei einen Betriebsstart der elektrischen Maschine, während eines Betriebs der elektrischen Maschine periodisch wiederholt und/oder während eines Betriebs der elektrischen Maschine ständig durchgeführt wird.Method according to at least one of the preceding claims, characterized in that the method is repeated periodically during an operating start of the electric machine, during an operation of the electric machine and / or constantly performed during an operation of the electric machine.
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