DE102017210454A1

DE102017210454A1 - Positionserfassung eines Läufers

Info

Publication number: DE102017210454A1
Application number: DE102017210454.6A
Authority: DE
Inventors: Christian Stolz; Rainer Berger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-22
Filing date: 2017-06-22
Publication date: 2018-12-27

Abstract

Verfahren für die Positionserfassung eines Läufers einer elektrischen Maschine (10), gekennzeichnet durch ein Erfassen (12) einer durch Permanentmagneten der elektrischen Maschine (10) erzeugten Induktionsspannung (14), die bewirkt, dass eine Steuerelektronik (16) der elektrischen Maschine (10) gestartet wird, sowie eine elektrische Maschine mit passiven oder aktiven Elementen zur Erfassung der Induktionsspannung, als auch ein Kraftfahrzeug mit solch einer elektrischen Maschine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Positionserfassung eines Läufers einer elektrischen Maschine.
Es sind Steuerungen für Läufer von elektrischen Maschinen bekannt, die die Position des Läufers erkennen. Die Steuerungen umfassen ein Verfahren zur Positionserfassung. Dieses Verfahren schaltet gelegentlich die Positionserfassung aus, um Energie zu sparen, wenn der Läufer ruht. Wird nun der Läufer durch einen externen Einfluss in der Ruhephase der Positionserfassung mechanisch bewegt, so registriert die Positionserfassung diese Bewegung, und die damit neue Position gegenüber der Position beim Eintreten in die Ruhephase nicht. Wenn nun die Positionserfassung wieder aktiv wird, ist die elektrische Maschine desorientiert und wird einen fehlerhaften Betrieb aufnehmen.
Die vorliegende Erfindung gemäß der unabhängigen Ansprüche hat den Vorteil, dass trotz energiesparender Ausschaltfunktion der Steuerelektronik die Position des Läufers jederzeit bekannt ist, auch wenn der Läufer durch äußere mechanische Einflüsse bewegt wird. In anderen Worten, wenn der Läufer beispielsweise von Hand verstellt wird, wenn die Steuerelektronik ausgeschaltet ist, dann kann die Erfindung die Position des Läufers dennoch erfassen. Dies wird erreicht indem das Verfahren für die Positionserfassung des Läufers der elektrischen Maschine eine Induktionsspannung, die durch die Bewegung der Permanentmagneten der elektrischen Maschine erzeugt werden, auswertet. Dabei sind die Permanentmagnete vorzugsweise an dem Läufer angebracht. An einem Ständer der elektrischen Maschine sind vorzugsweise Magnetspulen befestigt. Eine relative Bewegung zwischen dem Permanentmagneten und den Magnetspulen erzeugt in den Magnetspulen oder in einem induzierbaren Element eine Induktionsspannung. Diese Induktionsspannung wird durch die Steuerelektronik gemessen und ausgewertet. Registriert die Steuerelektronik solch eine Induktionsspannung, so verändert sich ihr Betriebszustand.
Solch eine erfindungsgemäße elektrische Maschine wird vorzugsweise in Kraftfahrzeugen verwendet. Dort kommt sie als beispielsweise Wischerantrieb, Fensterheberantrieb, Schiebedachantrieb, Sitzverstellung, Motorbereichversteller und/oder Kühl- oder Ventialationssystemantrieb zum Einsatz.
Erfinderische Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.
Ist nun die Steuerelektronik bei einem stillstehenden Läufer in einem Ruhezustand, bei dem es Energie spart, so wird bei einer auftretenden Induktionsspannung die Steuerelektronik aktiv geschaltet. Damit ist die Positionserfassung der Steuerelektronik aktiviert. Dadurch wird ein energieeffizientes bereitstellen der Positionserfassung gewährleistet.
Vorteilhafter Weise wird nach oder während des Starts der Steuerelektronik die Position des Läufers erfasst. Somit ist keine aufwendige Neuorientierung mittels beispielsweise eines Referenzlaufes oder einem sehr aufwendigen Algorithmus nicht notwendig.
Damit die Steuerelektronik gestartet wird, muss die Induktionsspannung einen festgelegten Schwellenwert überschreiten. Der Schwellenwert wird dabei vorzugsweise in der Steuerelektroniken hinterlegt. Ist die Induktionsspannung niedriger als der Schwellenwert erfolgt keine Zustandsveränderung der Steuerelektronik. In anderen Worten, sie bleibt ausgeschaltet. Wenn die induzierte Spannung höher ist als der Schwellenwert, wird die Steuerelektronik eingeschaltet. Damit ist eine definierte Funktion der Steuerelektronik gewährleistet.
Vorteilhaft ist es, wenn die Induktionsspannung durch ein passives Element oder ein aktives Element überwacht wird. Das passive Element kann seine Energie aus der Induktion selbst gewinnen, und ein Signal an die Steuerelektronik übermitteln. Solch ein passives Element kann eine Ständerspule oder eine eigens dafür vorgesehene Spule sein. Alternativ wäre ein Halbleiterelement oder ein Draht oder eine Folie oder ein sonstiges Element, in dem eine Spannung induziert wird, möglich. Ein aktives Element ist ein Bauteil, das mit Energie versorgt wird, damit es funktioniert. Das könnte ein unter Spannung stehender Sensor sein, der eine Magnetfeldänderung erfasst und mit einer Energie versorgt wird, die geringer ist als die Betriebsenergie der Steuerelektronik. Das aktive Element wird bei ausgestalteter Steuerelektronik betrieben. Das aktive Element kann entweder permanent aktiv sein oder erst bei ausgeschalteter Steuerelektronik aktiviert werden. Auf diese Weise ist eine energiesparende und sichere Erfassung der Induktionsspannung möglich.
Dieses vorteilhafte aktive oder passive Element wird in der elektrischen Maschine verwendet. Solch eine elektrische Maschine mit diesen Elementen ist vorteilhaft in einem Kraftfahrzeug, denn dadurch wird Energie gespart, was die Treibhausgasausstoßung verringert.
Die elektrische Maschine kann eine linear oder eine rotatorisch betriebene Maschine sein. Es kann ein elektrischer Motor oder ein Generator mit der Erfindung behaftet sein.
Es sind erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung für das Betreiben des Verfahrens in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt.
Es zeigen:

1 ein schematische Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Schaltplan der Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren.

In 1 ist ein schematischer Ablaufplan des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erfassen der Position 24 eines Läufers einer elektrischen Maschine 10 gezeigt. Das Verfahren gemäß dem Ablaufplan zeigt eine erste Instanz, die den Ruhemodus 18 darstellt. Wird in diesem Ruhemodus 18 eine Induktionsspannung 14 durch ein Element 22, welches in 2 dargestellt ist, erfasst, dann wird diese Induktionsspannung 14 durch eine Steuerung, die vorzugsweise die Steuerelektronik 16 der elektrischen Maschine 10 ist, mit einem hinterlegten Schwellenwert 20 verglichen.
Ist nun die induzierte Spannung 14 niedriger als der Schwellenwert 20, so bleibt die Steuerelektronik 20 ausgeschaltet und ihr Ruhemodus 18 erhalten. Es kommt zu keiner Erfassung der Läuferposition 24.
Wenn aber die induzierte Spannung 14 höher ist als der Schwellenwert 20, dann wird die Steuerelektronik 20 eingeschaltet, und ein bestehender Sensor 12 erfasst die Läuferposition 24 und übermittelt diese an die Steuerelektronik 16. Dadurch ist der Läufer in dem Ständer der elektrischen Maschine 10 orientiert, und wenn der Betrieb der elektrischen Maschine 10 aufgenommen wird, kann ein fehlerfreier Betrieb erfolgen. Da die Maschine 10 ihre Position 24 kennt, kann beispielsweise im Betrieb die Verstellung durch mechanische äußere Einflüsse korrigiert werden.
Die 2 stellt einen prinzipiellen Schaltplan der elektrischen Maschine 10 mit der Steuerung 16 dar. Die Steuerung 16 erhält eine Betriebsspannung, welche durch das +/- Symbol dar dargestellt ist. Diese Spannung wird entsprechend den Bedürfnissen der elektrischen Maschine 10 aufbereitet und an diese weitergeleitet. Die aufbereitete Spannung (U_Power ) kann beispielsweise durch einen Wechselrichter aufbereitet werden.
Der Sensor 12 liest im Betrieb der elektrischen Maschine 10 die Läuferposition 24 aus, und übermittelt diese an die Steuerelektronik 16. Dadurch ist die elektrische Maschine 10 immer orientiert.
Ist nun der Ruhemodus 18 eingetreten, und es erfolgt eine externe mechanische Verstellung des Läufers, wird beispielsweise in einer Spule in dem Ständer der elektrischen Maschine 10 eine Induktionsspannung 14 induziert, die gemäß Ablaufplan der 1 an die Steuerelektronik 16 übermittelt wird. Die Steuerelektronik 16 ist mit der elektrischen Maschine 10 verbunden. Der Sensor 12 ist mit der elektrischen Maschine 10 und der Steuerelektronik 16 verbunden.

Claims

Verfahren für die Positionserfassung eines Läufers einer elektrischen Maschine (10), gekennzeichnet durch ein Erfassen einer durch Permanentmagneten der elektrischen Maschine erzeugten Induktionsspannung (14), die bewirkt, dass eine Steuerelektronik (16) der elektrischen Maschine (10) gestartet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (16) in einen, insbesondere stromfreien, Ruhemodus (18) geschaltet wird, wenn sich der Läufer nicht bewegt, und die Induktionsspannung (14) die Steuerelektronik (16) aus dem Ruhemodus (18) startet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Starten (on) die Position (24) des Läufers neu erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspannung (14) einen in der Steuerelektroniken (16) festgelegten Schwellenwert (20) überschreiten muss, damit die Steuerelektronik (16) gestartet (on) wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionsspannung (14) durch ein passives oder ein aktives Element (22) überwacht wird.
Elektrische Maschine (10), die eine Steuerelektronik, die insbesondere ein Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche ausführt, umfasst, welche ein passives oder aktives Element (22) aufweist, das eine Induktionsspannung (14) von Permanentmagneten auswertet.
Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Maschine (10) gemäß Anspruch 6.