DE102017210673A1 - Method for determining at least one operating parameter of an electric motor and electric motor - Google Patents

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Marcel Kuhn
Ignacio Serrahima
Roman Nestlinger
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Abstract

Ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Betriebsparameters eines Elektromotors (10), insbesondere zum Fahrzeugantrieb, der einen Stator (12), einen Rotor (14), wenigstens einen Magneten (30), der drehfest mit dem Rotor (14) verbunden ist und der ein Messmagnetfeld (M) erzeugt, einen Magnetfeldsensor (20) und wenigstens eine Stromleitung (36) umfasst, die am Rotor (14) vorgesehen ist, wobei ein durch die Stromleitung (36) fließender Strom ein Störmagnetfeld (M) erzeugen kann, das mit dem Messmagnetfeld (M) zu einem Gesamtmagnetfeld (M) überlagert, in dem der Magnetfeldsensor (20) angeordnet ist, weist die folgenden Schritte auf:a) Ermitteln der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes (M) durch den Magnetfeldsensor (20), undb) Bestimmen des gewünschten Betriebsparameters unter Verwendung wenigstens einer Magnetfeldfehlerfunktion und der ermittelten Stärke und/oder des ermittelten Winkels des Gesamtmagnetfeldes (M).Ferner ist ein Elektromotor (10) gezeigt.A method for determining at least one operating parameter of an electric motor (10), in particular for vehicle drive, comprising a stator (12), a rotor (14), at least one magnet (30) non-rotatably connected to the rotor (14) and one Measuring magnetic field (M) generated, a magnetic field sensor (20) and at least one power line (36) which is provided on the rotor (14), wherein a current flowing through the power line (36) current can generate a disturbance magnetic field (M) with the Measuring magnetic field (M) to a total magnetic field (M) superimposed, in which the magnetic field sensor (20) is arranged, comprises the following steps: a) determining the strength and / or the angle of the total magnetic field (M) by the magnetic field sensor (20), and b) determining the desired operating parameter using at least one magnetic field error function and the determined strength and / or the determined angle of the total magnetic field (M). An electric motor (10) is also shown.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Betriebsparameters eines Elektromotors, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, sowie einen Elektromotor zum Fahrzeugantrieb.The invention relates to a method for determining at least one operating parameter of an electric motor, in particular for vehicle drive, and to an electric motor for vehicle drive.

Bei Elektromotoren zum Fahrzeugantrieb ist es notwendig, dass der Drehwinkel des Rotors, d. h. die Rotorlage des Elektromotors, und die Drehgeschwindigkeit des Elektromotors bekannt sind.In electric motors for vehicle propulsion, it is necessary that the angle of rotation of the rotor, d. H. the rotor position of the electric motor, and the rotational speed of the electric motor are known.

Zur Bestimmung der Rotorlage kommt üblicherweise eine Kombination aus einem Magneten und einem Magnetfeldsensor zum Einsatz, wobei der Magnet mit dem Rotor verbunden ist und ein Messmagnetfeld erzeugt, in dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Dabei ist der Magnet drehfest mit dem Rotor verbunden und der Magnetfeldsensor ist ortsfest, sodass der Magnet mitsamt seinem Messmagnetfeld relativ zum Magnetfeldsensor rotiert.To determine the rotor position is usually a combination of a magnet and a magnetic field sensor is used, wherein the magnet is connected to the rotor and generates a measuring magnetic field in which the magnetic field sensor is arranged. In this case, the magnet is rotatably connected to the rotor and the magnetic field sensor is stationary, so that the magnet rotates together with its measuring magnetic field relative to the magnetic field sensor.

Mithilfe des Magnetfeldsensors kann nun der Winkel des Messmagnetfeldes bestimmt werden, sodass auf den Drehwinkel des Rotors geschlossen werden kann. Insbesondere bei Elektromotoren zum Fahrzeugantrieb bestehen hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Bestimmung der Rotorlage.With the aid of the magnetic field sensor, the angle of the measuring magnetic field can now be determined so that the angle of rotation of the rotor can be deduced. Particularly in the case of electric motors for vehicle drive, high demands are placed on the accuracy of the determination of the rotor position.

Um die zum Betrieb des Elektromotors notwendigen Magnetfelder zu erzeugen, werden Stromleitungen innerhalb des Rotors bestromt. Die durch die Ströme erzeugten Magnetfelder stören dabei die Messung des Magnetfeldsensors. Außerdem sind diese Ströme eine essentielle Betriebsgröße des Elektromotors, sodass mehrere redundante Stromsensoren vorgesehen sein müssen, um die Betriebssicherheit des Elektromotors zu gewährleisten. Solche Stromsensoren sind jedoch sehr kostspielig.In order to generate the necessary magnetic fields for the operation of the electric motor, power lines are energized within the rotor. The magnetic fields generated by the currents interfere with the measurement of the magnetic field sensor. In addition, these currents are an essential operating variable of the electric motor, so that several redundant current sensors must be provided to ensure the reliability of the electric motor. However, such current sensors are very expensive.

Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie einen Elektromotor bereitzustellen, die eine präzise Bestimmung einer der Betriebsparameter des Elektromotors ermöglichen.It is therefore an object of the invention to provide a method and an electric motor, which enable a precise determination of one of the operating parameters of the electric motor.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Betriebsparameters eines Elektromotors, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, der einen Stator, einen Rotor, wenigstens einen Magneten, der drehfest mit dem Rotor verbunden ist und der ein Messmagnetfeld erzeugt, einen Magnetfeldsensor und wenigstens eine Stromleitung umfasst, die am Rotor vorgesehen ist. Ein durch die Stromleitung fließender Strom kann ein Störmagnetfeld erzeugen, das mit dem Messmagnetfeld zu einem Gesamtmagnetfeld überlagert, in dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

  1. a) Ermitteln der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes durch den Magnetfeldsensor, und
  2. b) Bestimmen des gewünschten Betriebsparameters unter Verwendung wenigstens einer Magnetfeldfehlerfunktion und der ermittelten Stärke und/oder des ermittelten Winkels des Gesamtmagnetfeldes.
The object is achieved by a method for determining at least one operating parameter of an electric motor, in particular for vehicle drive, comprising a stator, a rotor, at least one magnet which is non-rotatably connected to the rotor and which generates a measuring magnetic field, comprises a magnetic field sensor and at least one power line which is provided on the rotor. A current flowing through the power line may generate a disturbing magnetic field superimposed with the measuring magnetic field to a total magnetic field in which the magnetic field sensor is arranged, the method comprising the following steps:
  1. a) determining the strength and / or the angle of the total magnetic field by the magnetic field sensor, and
  2. b) determining the desired operating parameter using at least one magnetic field error function and the determined strength and / or the determined angle of the total magnetic field.

Der Magnet ist insbesondere ein Permanentmagnet und der Magnetfeldsensor kann ein MR-Sensor basierend auf dem magnetoresistiven Effekt sein. Der Magnetfeldsensor ist zum Beispiel ortsfest.In particular, the magnet is a permanent magnet and the magnetic field sensor may be an MR sensor based on the magnetoresistive effect. The magnetic field sensor is stationary, for example.

Durch die Verwendung einer Magnetfeldfehlerfunktion, die die Stärke und/oder den Drehwinkel des Magnetfeldes zu anderen Betriebsparametern in Beziehung setzt, können diese Betriebsparameter präzise bestimmt werden.By using a magnetic field fault function that relates the strength and / or angle of rotation of the magnetic field to other operating parameters, these operating parameters can be precisely determined.

Vorzugsweise ist die Magnetfeldfehlerfunktion eine Feldstärkefehlerfunktion, die eine Abhängigkeit der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes von der Stromstärke angibt, sodass eine Beziehung zwischen der Stromstärke und der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes verwendet werden kann.Preferably, the magnetic field error function is a field strength error function indicating a dependence of the magnitude and / or the angle of the total magnetic field on the current magnitude, so that a relationship between the current intensity and the magnitude and / or the angle of the total magnetic field can be used.

Um die Feldstärkefehlerfunktion und damit den Betriebsparameter präzise zu ermitteln, kann die Feldstärkefehlerfunktion durch die folgenden Schritte bestimmt werden:

  1. a) wiederholtes Anlegen eines Teststromes mit verschiedenen, bekannten Teststromstärken an die Stromleitung,
  2. b) Ermitteln der vom Magnetfeldsensor bestimmten Stärke und/oder Winkels des Gesamtmagnetfeldes für jede der Teststromstärken, und
  3. c) Bestimmen der Abhängigkeit zwischen der Stromstärke und der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes.
To accurately determine the field strength error function and thus the operating parameter, the field strength error function can be determined by the following steps:
  1. a) repeated application of a test current with different, known test currents to the power line,
  2. b) determining the strength and / or angle of the total magnetic field determined by the magnetic field sensor for each of the test current strengths, and
  3. c) determining the dependence between the current intensity and the strength and / or the angle of the total magnetic field.

Zum Beispiel ist der gewünschte Betriebsparameter die aktuelle Stromstärke in der Stromleitung und die Magnetfeldfehlerfunktion die Feldstärkefehlerfunktion, wobei

  • a) durch den Magnetfeldsensor die Stärke und/oder der Winkel des Gesamtmagnetfeldes bestimmt wird, und
  • b) die aktuelle Stromstärke anhand der bestimmten Stärke und/oder Winkels des Gesamtmagnetfeldes mittels der Feldstärkenfehlerfunktion bestimmt wird.
For example, the desired operating parameter is the current magnitude in the power line and the magnetic field error function is the field strength error function, where
  • a) the strength and / or the angle of the total magnetic field is determined by the magnetic field sensor, and
  • b) the current intensity is determined based on the determined strength and / or angle of the total magnetic field by means of the field strength error function.

Auf diese Weise kann die Stromstärke ohne einen zusätzlichen Sensor bestimmt werden, wodurch ein Stromsensor des Elektromotors eingespart werden kann.In this way, the current can be determined without an additional sensor, whereby a current sensor of the electric motor can be saved.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Magnetfeldfehlerfunktion eine Winkelfehlerfunktion, die den Winkelfehler zwischen dem Winkel des Gesamtmagnetfeldes und dem Drehwinkel des Rotor in Abhängigkeit von der Stromstärke des durch die Stromleitung fließenden Stromes angibt, sodass eine Beziehung zwischen der Stromstärke und dem Winkelfehler zur Bestimmung des Betriebsparameters verwendet werden kann.In one embodiment of the invention, the magnetic field error function is an angular error function that indicates the angular error between the angle of the total magnetic field and the rotational angle of the rotor as a function of the current flowing through the power line, so that a relationship between the current intensity and the angle error for determining the operating parameter can be used.

Um die Winkelfehlerfunktion und damit den Betriebsparameter präzise zu ermitteln, kann die Winkelfehlerfunktion durch die folgenden Schritte bestimmt werden:

  1. a) Fixieren des Rotors in einer vorbestimmten Winkelposition,
  2. b) wiederholtes Anlegen eines Teststromes mit verschiedenen, bekannten Teststromstärken an die Stromleitung,
  3. c) Ermitteln des vom Magnetfeldsensor gemessenen Winkels des Gesamtmagnetfeldes für jede der Teststromstärken, und
  4. d) Bestimmen des Winkelfehlers für die bekannte Teststromstärke als Differenz aus der vorbestimmten Winkelposition des Rotors und des vom Magnetfeldsensor gemessenen Winkels des Gesamtmagnetfeldes.
To precisely determine the angle error function and thus the operating parameter, the angle error function can be determined by the following steps:
  1. a) fixing the rotor in a predetermined angular position,
  2. b) repeatedly applying a test current with different, known test currents to the power line,
  3. c) determining the angle of the total magnetic field measured by the magnetic field sensor for each of the test current strengths, and
  4. d) determining the angular error for the known test current intensity as the difference between the predetermined angular position of the rotor and the angle of the total magnetic field measured by the magnetic field sensor.

Dabei kann die Stromstärke durch Messung oder durch Einspeisen einer bekannten Stromstärke in die Stromleitung bekannt sein. Dadurch lässt sich die Winkelfehlerfunktion präzise bestimmen.The current can be known by measuring or by feeding a known current in the power line. This allows the angle error function to be precisely determined.

Der Teststrom für jede Teststromstärke kann zweimal angelegt werden, um zu verhindern, dass mechanisches Spiel des Elektromotors die Messung beeinflusst.The test current for each test current can be applied twice to prevent the mechanical play of the electric motor from affecting the measurement.

Dabei kann der Teststrom entweder zweimal in die gleiche Richtung angelegt werden, wobei nur beim zweiten Mal der Winkel gemessen wird. Hierzu ist insbesondere der Stator kurzgeschlossen, damit kein Drehmoment erzeugt wird. Alternativ kann der Teststrom beim ersten und beim zweiten Anlegen verschiedene Vorzeichen haben, wodurch zwar das Spiel gemessen wird, sich das Spiel aufgrund der umgekehrten Vorzeichen jedoch herausstreicht.The test current can either be applied twice in the same direction, the angle being measured only the second time. For this purpose, in particular, the stator is short-circuited so that no torque is generated. Alternatively, the test current at the first and at the second application may have different signs, whereby although the game is measured, the game due to the opposite sign, however, strikes out.

Vorzugsweise ist der gewünschte Betriebsparameter der aktuelle Drehwinkel des Rotors und die Magnetfeldfehlerfunktion die Winkelfehlerfunktion, wobei

  1. a) durch den Magnetfeldsensor der Winkel des Gesamtmagnetfeldes bestimmt wird,
  2. b) die Stromstärke bestimmt wird, und
  3. c) der aktuelle Drehwinkel des Rotors anhand des bestimmten Winkels des Gesamtmagnetfeldes und der bestimmten Stromstärke mittels der Winkelfehlerfunktion bestimmt wird.
Preferably, the desired operating parameter is the actual rotational angle of the rotor and the magnetic field error function is the angular error function, wherein
  1. a) the magnetic field sensor determines the angle of the total magnetic field,
  2. b) the current strength is determined, and
  3. c) the actual angle of rotation of the rotor is determined on the basis of the determined angle of the total magnetic field and the determined current intensity by means of the angular error function.

Auf diese Weise ist eine sehr präzise Bestimmung des aktuellen Drehwinkels möglich, da etwaige Störeinflüsse durch Störmagnetfelder ausgeglichen werden, die von dem durch die Stromleitung fließenden Strom induziert werden.In this way, a very precise determination of the current rotation angle is possible, since any disturbances are compensated by interference magnetic fields, which are induced by the current flowing through the power line current.

Die Stromstärke wird dabei beispielsweise durch einen Stromsensor gemessen.The current is measured for example by a current sensor.

In einer Ausführungsvariante sind die gewünschten Betriebsparameter der aktuelle Drehwinkel des Rotors und die aktuelle Stromstärke, und die Magnetfeldfehlerfunktionen sind die Feldstärkefehlerfunktion und die Winkelfehlerfunktion, wobei

  1. a) durch den Magnetfeldsensor der Winkel und die Stärke des Gesamtmagnetfeldes bestimmt wird,
  2. b) die aktuelle Stromstärke mittels der Feldstärkefehlerfunktion bestimmt wird, und
  3. c) der aktuelle Drehwinkel des Rotors anhand des bestimmten Winkels des Gesamtmagnetfeldes und der bestimmten aktuellen Stromstärke mittels der Winkelfehlerfunktion bestimmt wird.
In an embodiment variant, the desired operating parameters are the current rotational angle of the rotor and the current intensity, and the magnetic field error functions are the field strength error function and the angular error function, wherein
  1. a) the magnetic field sensor determines the angle and the strength of the total magnetic field,
  2. b) the current intensity is determined by means of the field strength error function, and
  3. c) the actual angle of rotation of the rotor is determined on the basis of the determined angle of the total magnetic field and the determined current intensity by means of the angular error function.

Dadurch ist eine sehr präzise Messung des Drehwinkels unabhängig von der aktuellen Stromstärke und damit den entsprechenden Störmagnetfeldern möglich, ohne dass ein Stromsensor benötigt würde.As a result, a very precise measurement of the rotation angle is possible regardless of the current intensity and thus the corresponding interference magnetic fields, without a current sensor would be needed.

Um die Messung des Betriebsparameters weiter zu präzisieren, können bei der Montage des Elektromotors auftretende Winkel- und/oder Positionstoleranzen berücksichtigt oder ermittelt werden.In order to further specify the measurement of the operating parameter, angular and / or position tolerances occurring during assembly of the electric motor can be taken into account or determined.

Beispielsweise ist die Winkelfehlerfunktion ein Kennfeld, das eine Abhängigkeit zwischen dem Winkelfehler, den montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen und der Stromstärke angibt, sodass eine Berücksichtigung der Winkel- und/oder Positionstoleranzen bei der Bestimmung des Drehwinkels des Rotors möglich ist.For example, the angular error function is a characteristic diagram which indicates a relationship between the angular error, the assembly-related angular and / or positional tolerances and the current intensity, so that it is possible to take account of the angular and / or positional tolerances in the determination of the rotational angle of the rotor.

Alternativ oder zusätzlich ist die Feldstärkefehlerfunktion ein Kennfeld, das eine Abhängigkeit zwischen der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes, den montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen und der Stromstärke angibt, wodurch auch die Bestimmung der Stromstärke unabhängig von montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen durchführbar ist.Alternatively or additionally, the field strength error function is a characteristic diagram which indicates a relationship between the strength and / or the angle of the total magnetic field, the assembly-related angular and / or positional tolerances and the current intensity, whereby the determination of the Amperage independent of assembly-related angular and / or position tolerances is feasible.

Um präzise Messungen bei verschiedenen Temperaturen durchführen zu können, kann die Magnetfeldfehlerfunktion temperaturabhängig sein, wobei zur Bestimmung des wenigstens einen Betriebsparameters die Temperatur des Elektromotors herangezogen wird.In order to be able to carry out precise measurements at different temperatures, the magnetic field error function can be temperature-dependent, the temperature of the electric motor being used to determine the at least one operating parameter.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch einen Elektromotor, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, mit einem Stator, einem Rotor, wenigstens einem Magneten, der drehfest mit dem Rotor verbunden ist und der ein Messmagnetfeld erzeugt, einem Magnetfeldsensor, wenigstens einer Stromleitung, die am Rotor vorgesehen ist, und einer Steuereinheit. Dabei überlagert ein von einem Strom durch die Stromleitung induziertes Störmagnetfeld mit dem Messmagnetfeld zu einem Gesamtmagnetfeld, in dem der Magnetfeldsensor angeordnet ist. Die Steuereinheit ist wenigstens mit dem Magnetfeldsensor informationstechnisch verbunden, um Messsignale zu empfangen, und sie ist dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.Furthermore, the object is achieved by an electric motor, in particular for vehicle drive, with a stator, a rotor, at least one magnet, which is non-rotatably connected to the rotor and generates a measuring magnetic field, a magnetic field sensor, at least one power line, which is provided on the rotor, and a control unit. In this case, an interference magnetic field induced by a current through the power line overlaps the measuring magnetic field to form an overall magnetic field in which the magnetic field sensor is arranged. The control unit is connected in terms of information technology at least with the magnetic field sensor in order to receive measurement signals, and is set up to carry out the method according to the invention.

In einer Ausführungsform ist die Stromleitung derart im Bezug zum Magneten angeordnet, dass das Störmagnetfeld im Bereich des Messmagnetfeldes im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld ist. Dabei wird unter einem parallelen Magnetfeld verstanden, dass die Magnetfeldlinien zueinander parallel verlaufen, wobei diese auch gegenläufig sein können. Dadurch wird erreicht, dass das Messmagnetfeld möglichst wenig von dem Störmagnetfeld gestört wird und somit nur eine geringe Abhängigkeit von der Stromstärke zeigt.In one embodiment, the power line is arranged in relation to the magnet such that the interference magnetic field in the region of the measuring magnetic field is substantially parallel to the measuring magnetic field. In this case, a parallel magnetic field is understood to mean that the magnetic field lines run parallel to one another, whereby they can also run in opposite directions. This ensures that the measuring magnetic field is disturbed as little as possible by the interference magnetic field and thus shows only a small dependence on the current intensity.

Auch kann die Stromleitung derart im Bezug zum Magneten angeordnet sein, dass das Störmagnetfeld im Bereich des Messmagnetfeldes im Wesentlichen senkrecht zum Messmagnetfeld ist. Dadurch ist eine Änderung des Störmagnetfeldes einfacher zu detektieren, wodurch eine präzisere Bestimmung der Stromstärke erreicht wird.The power line can also be arranged in relation to the magnet such that the disturbing magnetic field in the region of the measuring magnetic field is substantially perpendicular to the measuring magnetic field. As a result, a change in the disturbance magnetic field is easier to detect, whereby a more precise determination of the current is achieved.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

  • - 1 Teile eines erfindungsgemäßen Elektromotors schematisch im Schnitt,
  • - 2a eine Rückansicht auf den Elektromotor nach 1 schematisch,
  • - 2b eine Rückansicht auf einen erfindungsgemäßen Elektromotor gemäß einer zweiten Ausführungsform schematisch,
  • - 3 eine Winkelfehlerfunktion als Kennfeld,
  • - 4a ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Winkelfehlerfunktion des Verfahrens nach 4b,
  • - 4b ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung des Drehwinkels des Rotors des erfindungsgemäßen Elektromotors,
  • - 5a ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung der Feldstärkenfehlerfunktion des Verfahrens nach 5b,
  • - 5b ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Stromstärke des erfindungsgemäßen Elektromotors, und
  • - 6 ein schematisches Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Stromstärke und des Drehwinkels des Rotors erfindungsgemäßen Elektromotors.
Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description and from the accompanying drawings, to which reference is made. In the drawings show:
  • - 1 Parts of an electric motor according to the invention schematically in section,
  • - 2a a rear view of the electric motor after 1 schematically
  • - 2 B a rear view of an electric motor according to the invention according to a second embodiment schematically,
  • - 3 an angle error function as a map,
  • - 4a a schematic flow diagram of a method for determining the angular error function of the method according to 4b .
  • - 4b a schematic flow diagram of a method according to the invention for determining the angle of rotation of the rotor of the electric motor according to the invention,
  • - 5a a schematic flow diagram of a method for determining the field strength error function of the method according to 5b .
  • - 5b a schematic flow diagram of a method according to the invention for determining the current strength of the electric motor according to the invention, and
  • - 6 a schematic flow diagram of a method according to the invention for determining the current intensity and the angle of rotation of the rotor of the electric motor according to the invention.

In 1 ist schematisch ein Elektromotor 10 mit einem Stator 12, einem innenliegenden Rotor 14 und einer Welle 16 dargestellt.In 1 is schematically an electric motor 10 with a stator 12 , an internal rotor 14 and a wave 16 shown.

Außerdem umfasst der Elektromotor 10 einen Temperatursensor 18, einen Magnetfeldsensor 20 und eine Steuereinheit 22.In addition, the electric motor includes 10 a temperature sensor 18 , a magnetic field sensor 20 and a control unit 22 ,

Der Elektromotor 10 ist ein Elektromotor zum Fahrzeugantrieb für HybridFahrzeuge oder rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, insbesondere Pkw.The electric motor 10 is an electric motor for vehicle drive for hybrid vehicles or purely electrically powered vehicles, especially cars.

Der Elektromotor 10 ist in der gezeigten Ausführungsform ein Innenläufermotor. Jedoch kann der Elektromotor 10 selbstverständlich auch als Außenläufermotor ausgebildet sein.The electric motor 10 is an internal rotor motor in the embodiment shown. However, the electric motor can 10 Of course, be designed as an external rotor motor.

Der Rotor 14 weist eine Rotormagnetspule 24 auf, die im Betrieb des Elektromotors 10 ein Rotormagnetfeld MR erzeugt, dessen Magnetfeldlinien in 1 angedeutet sind.The rotor 14 has a rotor magnet coil 24 on, in the operation of the electric motor 10 generates a rotor magnetic field M R whose magnetic field lines in 1 are indicated.

Der Stator 12 umgibt den Rotor 14, wobei am Stator 12 der Temperatursensor 18 befestigt ist. Der Temperatursensor 18 misst somit die Temperatur des Stators 12.The stator 12 surrounds the rotor 14 , being on the stator 12 the temperature sensor 18 is attached. The temperature sensor 18 thus measures the temperature of the stator 12 ,

Denkbar ist jedoch auch, dass der Temperatursensor 18 am Rotor 14 vorgesehen ist oder auf andere Weise die Temperatur des Rotors 14 bestimmt.However, it is also conceivable that the temperature sensor 18 on the rotor 14 is provided or otherwise the temperature of the rotor 14 certainly.

Die Welle 16 ist drehfest mit dem Rotor 14 verbunden und stellt die Drehachse D des Rotors 14 dar. In axialer Richtung in Bezug auf diese Drehachse D steht die Welle 16 über den Rotor 14 über und ist in diesem überstehenden Teil als Hohlwelle ausgeführt.The wave 16 is non-rotatable with the rotor 14 connected and provides the axis of rotation D of the rotor 14 In the axial direction with respect to this axis of rotation D is the shaft 16 over the rotor 14 over and is executed in this protruding part as a hollow shaft.

Der dadurch gebildete Hohlraum 26 in der Welle 16 ist auf der vom Rotor 14 abgewandten Seite offen und wird durch eine Innenseite 28 der Welle 16 begrenzt. Im Hohlraum 26 ist ein Magnet 30 vorgesehen, der in der gezeigten Ausführungsform aus zwei Magnetplatten besteht.The cavity formed thereby 26 in the wave 16 is on the rotor 14 opposite side open and is through an inside 28 the wave 16 limited. In the cavity 26 is a magnet 30 provided, which consists of two magnetic disks in the embodiment shown.

Die Magnetplatten des Magneten 30 liegen einander gegenüber und sind an der Innenseite 28 der Welle 16 befestigt. Der Magnet 30 ist somit drehfest mit der Welle 16 und dem Rotor 14 verbunden.The magnetic plates of the magnet 30 lie opposite each other and are on the inside 28 the wave 16 attached. The magnet 30 is thus rotatable with the shaft 16 and the rotor 14 connected.

Die Magnetplatten sind beispielsweise Permanentmagneten, sodass auch der Magnet 30 ein Permanentmagnet ist. Er kann jedoch auch als Elektromagnet ausgeführt sein.The magnetic disks are, for example, permanent magnets, so that the magnet 30 a permanent magnet. However, it can also be designed as an electromagnet.

Denkbar ist jedoch auch, dass der Magnet 30 ein Rohrmagnet oder ein Ringmagnet ist oder aus zwei gegenüberliegenden Stabmagneten gebildet ist.It is also conceivable that the magnet 30 a pipe magnet or a ring magnet is or is formed from two opposing bar magnets.

Der Magnet 30 erzeugt ein Magnetfeld, das zwischen den beiden Magnetplatten des Magnetes 30 im Wesentlichen homogen ist. Dieser Teil des Magnetfeldes, der zwischen den Magnetplatten liegt und homogen ist, wird als Messmagnetfeld MM bezeichnet.The magnet 30 creates a magnetic field between the two magnetic plates of the magnet 30 is substantially homogeneous. This part of the magnetic field, which lies between the magnetic plates and is homogeneous, is called the measuring magnetic field M M designated.

Zwischen den beiden Magnetplatten des Magneten 30 ist der Magnetfeldsensor 20 angeordnet.Between the two magnetic plates of the magnet 30 is the magnetic field sensor 20 arranged.

Der Magnetfeldsensor 20 ist an einem Träger 32 befestigt, der in den Hohlraum 26 in axialer Richtung eingeführt ist.The magnetic field sensor 20 is on a carrier 32 fastened in the cavity 26 is introduced in the axial direction.

Der Träger 32 und damit auch der Magnetfeldsensor 20 sind ortsfest, d. h. nicht rotierbar ausgebildet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Träger 32 Teil einer Schirmung 34, die wiederum Teil eines Gehäuses des Elektromotors 10 sein kann.The carrier 32 and thus also the magnetic field sensor 20 are stationary, ie formed not rotatable. In the illustrated embodiment, the carrier 32 Part of a shield 34 , which in turn is part of a housing of the electric motor 10 can be.

Somit dreht sich während des Betriebs des Elektromotors 10 der Magnet 30 um den Magnetfeldsensor 20 herum, wodurch sich auch die Orientierung des Messmagnetfeldes MM gegenüber dem Magnetfeldsensor 20 ändert. Diese verschiedenen Orientierungen des Messmagnetfeldes MM kann der Magnetfeldsensor 20 detektieren, wodurch auf die Rotorlage des Elektromotors 10 geschlossen werden kann.Thus, during operation of the electric motor rotates 10 the magnet 30 around the magnetic field sensor 20 around, which also causes the orientation of the measuring magnetic field M M opposite the magnetic field sensor 20 changes. These different orientations of the measuring magnetic field M M can the magnetic field sensor 20 detect, causing the rotor position of the electric motor 10 can be closed.

Hierzu ist der Magnetfeldsensor 20 mit der Steuereinheit 22 informationstechnisch verbunden, d. h. mittels eines Signalkabels oder einer Funkverbindung.This is the magnetic field sensor 20 with the control unit 22 Information technology connected, ie by means of a signal cable or a radio link.

Die Steuereinheit 22 kann dabei als separate Einheit oder auch als Teil einer Steuerung des Elektromotors 10 oder einer Steuerung des gesamten Fahrzeugs ausgebildet sein.The control unit 22 can be used as a separate unit or as part of a control of the electric motor 10 or a control of the entire vehicle may be formed.

Auch der Temperatursensor 18 ist mit der Steuereinheit 22 informationstechnisch verbunden.Also the temperature sensor 18 is with the control unit 22 Information technology connected.

In den 2a und 2b sind Ansichten des Elektromotors 10 in axialer Richtung auf den Rotor 14 dargestellt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde auf die Darstellung der Schirmung 34 verzichtet, lediglich der Magnetfeldsensor 20 ist gepunktet angedeutet. Die Drehrichtung des Rotors 14 ist durch die gestrichelte Linie veranschaulicht.In the 2a and 2 B are views of the electric motor 10 in the axial direction on the rotor 14 shown. For clarity, was on the presentation of the shielding 34 omitted, only the magnetic field sensor 20 is indicated by dots. The direction of rotation of the rotor 14 is illustrated by the dashed line.

Zu erkennen ist in den 2a und 2b, dass der Rotor 14 mehrere Stromleitungen 36 aufweist, die in axialer Richtung verlaufen. Diese Stromleitungen 36 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 nicht dargestellt.It can be seen in the 2a and 2 B that the rotor 14 several power lines 36 has, which extend in the axial direction. These power lines 36 are in for clarity 1 not shown.

In den 2a und 2b sind zwei verschiedene Anordnungen der Stromleitungen 36 gegenüber dem Magneten 30 dargestellt.In the 2a and 2 B are two different arrangements of power lines 36 opposite the magnet 30 shown.

In 2a sind die beiden Stromleitungen 36 so angeordnet, dass eine gedachte Gerade g (strichpunktiert dargestellt) senkrecht zur Drehachse D, die die beiden Stromleitungen verbindet, parallel zu den Magnetfeldplatten des Magneten 30 verläuft. Diese gedachte Gerade verläuft somit senkrecht zum Messmagnetfeld MM .In 2a are the two power lines 36 arranged so that an imaginary straight line g (shown in phantom) perpendicular to the axis of rotation D, which connects the two power lines, parallel to the magnetic field plates of the magnet 30 runs. This imaginary straight line thus runs perpendicular to the measuring magnetic field M M ,

Wir der Rotor 14 während des Betriebs des Elektromotors 10 nun bestromt, fließt durch die Stromleitungen 36 ein elektrischer Strom, durch den ein Störmagnetfeld MS induziert wird. Dieses Störmagnetfeld MS verläuft auch durch das Messmagnetfeld MM , sodass aufgrund des Superpositionsprinzips ein Gesamtmagnetfeld MG entsteht.We the rotor 14 during operation of the electric motor 10 now energized, flows through the power lines 36 an electric current through which a fault magnetic field M s is induced. This disturbance magnetic field M s also passes through the measuring magnetic field M M so that due to the superposition principle, a total magnetic field M G arises.

Aufgrund der Position der Stromleitungen 36 relativ zum Messmagnetfeld MM verlaufen die Magnetfeldlinien des Störmagnetfeldes MS im Bereich des Messmagnetfeldes MM im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld MM .Due to the position of the power lines 36 relative to the measuring magnetic field M M The magnetic field lines of the disturbing magnetic field run M s in the area of the measuring magnetic field M M essentially parallel to the measuring magnetic field M M ,

Im in 2a gezeigten Beispiel verlaufen die Magnetfeldlinien des Störmagnetfeldes MS in die gleiche Richtung wie die Magnetfeldlinien des Messmagnetfeldes MM , sodass sich der Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG gegenüber dem Winkel des Messmagnetfeldes MM nur geringfügig verändert und die Stärke bzw. der Betrag des Gesamtmagnetfeldes in etwa der Summe der Beträge des Messmagnetfeldes MM und des Störmagnetfeldes MS entspricht.Im in 2a The example shows the magnetic field lines of the disturbing magnetic field M s in the same direction as the magnetic field lines of the measuring magnetic field M M , so that the angle of the total magnetic field M G opposite the angle of the measuring magnetic field M M only slightly changed and the strength or the amount of the total magnetic field in about the sum of the amounts of the measuring magnetic field M M and the disturbance magnetic field M s equivalent.

Jedoch ist es auch denkbar, dass bei einer umgekehrten Bestromung der Stromleitungen 36 die Magnetfeldlinien des Störmagnetfeldes MS gegenläufig zu den Magnetfeldlinien des Messmagnetfeldes MM sind, sodass der Betrag die Differenz aus diesen beiden Magnetfeldern ist.However, it is also conceivable that with a reverse energization of the power lines 36 the magnetic field lines of the disturbing magnetic field M s opposite to the magnetic field lines of the measuring magnetic field M M so that the amount is the difference between these two magnetic fields.

Im Gegensatz dazu steht die Anordnung von Stromleitungen 36 zum Magnet 30, wie sie in 2b dargestellt ist. Die beiden Stromleitungen 36 sind in diesem Falle so angeordnet, dass die gedachte Gerade g zwischen den Stromleitungen 36 senkrecht zu den Magnetplatten und parallel zu den Magnetfeldlinien des Messmagnetfeldes MM verläuft.In contrast, the arrangement of power lines 36 to the magnet 30 as they are in 2 B is shown. The two power lines 36 are in arranged in this case, that the imaginary line g between the power lines 36 perpendicular to the magnetic plates and parallel to the magnetic field lines of the measuring magnetic field M M runs.

In diesem Falle bewirkt eine Bestromung der Stromleitungen 36 neben einer Änderung der Stärke bzw. des Betrags des Gesamtmagnetfeldes MG auch eine deutliche Veränderung im Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG , sodass die Störung des Messmagnetfeldes MM in dieser Anordnung größer ausfällt als in der Anordnung nach 2a. Dies macht eine Messung des Störmagnetfeldes MS und damit der Stromstärke einfacher.In this case, an energization of the power lines 36 in addition to a change in the strength or the amount of the total magnetic field M G also a significant change in the angle of the total magnetic field M G so that the disturbance of the measuring magnetic field M M larger in this arrangement than in the arrangement according to 2a , This makes a measurement of the disturbance magnetic field M s and thus the current strength easier.

Selbstverständlich sind beliebige Anordnungen von Stromleitungen 36 zum Magneten 30 denkbar und nicht nur auf die beiden gezeigten, die Extrempositionen darstellenden Anordnungen beschränkt. Natürlich können auch mehr oder weniger als zwei Stromleitungen 36 vorgesehen sein.Of course, any arrangements of power lines 36 to the magnet 30 conceivable and not limited to the two shown, the extreme positions representing arrangements. Of course, more or less than two power lines 36 be provided.

Unabhängig von der Anordnung detektiert der Magnetfeldsensor 20 den Betrag bzw. die Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG .Regardless of the arrangement, the magnetic field sensor detects 20 the amount or strength of the total magnetic field M G ,

Aufgrund des Störmagnetfeldes MS , das von der Stromstärke durch die Stromleitungen 36 abhängig ist, entspricht der Winkel bzw. die Orientierung des Gesamtmagnetfeldes MG (d. h. der Winkel zwischen den Magnetfeldlinien des Gesamtmagnetfeldes MG und dem Magnetfeldsensor 20) nicht dem Winkel des Rotors 14 zum Magnetfeldsensor 20 (genauer gesagt dem Winkel zwischen einer Senkrechten auf die Magnetplatten des Magnetes 30 und dem Magnetfeldsensor 20).Due to the disturbance magnetic field M s that depends on the current through the power lines 36 depends, corresponds to the angle or the orientation of the total magnetic field M G (ie the angle between the magnetic field lines of the total magnetic field M G and the magnetic field sensor 20 ) not the angle of the rotor 14 to the magnetic field sensor 20 (More precisely, the angle between a perpendicular to the magnetic plates of the magnet 30 and the magnetic field sensor 20 ).

Vielmehr ergibt sich eine Abhängigkeit zwischen der Stromstärke durch die Stromleitungen 36 und dem Winkelfehler, d. h. der Differenz aus dem Drehwinkel des Rotors 14 einerseits und dem Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG zum Magnetfeldsensor 20 andererseits.Rather, there is a dependence between the current through the power lines 36 and the angle error, ie the difference between the angle of rotation of the rotor 14 on the one hand and the angle of the total magnetic field M G to the magnetic field sensor 20 on the other hand.

Auch kann diese Abhängigkeit zudem noch von montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen beeinflusst werden, die bei der Montage des Elektromotors 10 auftreten.Also, this dependence can also be influenced by assembly-related angular and / or position tolerances, during assembly of the electric motor 10 occur.

Darüber hinaus können diese Abhängigkeiten von der Temperatur des Elektromotors 10 und/oder des Magnetfeldsensors 20 beeinflusst werden.In addition, these dependencies on the temperature of the electric motor 10 and / or the magnetic field sensor 20 to be influenced.

Diese Abhängigkeiten können einzeln als Kennlinie und mehrere zusammen als Kennfeld beschrieben werden, die im Rahmen dieser Erfindung als Winkelfehlerfunktion bezeichnet werden. Ein Beispiel einer solchen Winkelfehlerfunktion ist in 3 dargestellt.These dependencies can be described individually as a characteristic curve and several together as a characteristic diagram, which are referred to in the context of this invention as an angle error function. An example of such an angle error function is in 3 shown.

Die Winkelfehlerfunktion kann beispielsweise wie im Ablaufdiagramm nach 4a bestimmt werden.The angle error function can, for example, as in the flowchart after 4a be determined.

Zunächst wird der Rotor 14 in einer vorbestimmten Winkelposition gegenüber dem Stator 12 durch eine Fixierung fixiert, sodass die Rotorlage und der Drehwinkel des Rotors 14 unveränderlich und bekannt sind (Schritt W1).First, the rotor 14 in a predetermined angular position relative to the stator 12 fixed by a fixation, so that the rotor position and the angle of rotation of the rotor 14 immutable and known (step W1).

Anschließend werden verschiedene Testströme mit verschiedenen bekannten Teststromstärken an die Stromleitungen angelegt, sodass diese ein Störmagnetfeld MS induzieren (Schritt W2).Subsequently, different test currents with different known test currents are applied to the power lines, so that they are a disturbance magnetic field M s induce (step W2 ).

Die Teststromstärke wird entweder durch eine Messung mittels eines Stromsensors 38 ermittelt oder ist dadurch bekannt, dass die Stromstärke des eingespeisten Teststromes bekannt ist.The test current intensity is measured either by means of a current sensor 38 determined or is known by the fact that the current intensity of the injected test current is known.

Für jeden dieser angelegten Testströme mit verschiedenen Teststromstärken wird der vom Magnetfeldsensor 20 gemessene Winkel des Gesamtmagnetfeldes ermittelt und zusammen mit der Teststromstärke dokumentiert (Schritt W3).For each of these applied test currents with different test currents, that of the magnetic field sensor 20 measured angles of the total magnetic field and documented together with the test current strength (step W3 ).

Dabei wird für jede Teststromstärke der entsprechende Teststrom zweimal angelegt, es werden also zwei Strompulse erzeugt. Entweder hat der Teststrom beider Strompulse das gleiche Vorzeichen, also die gleiche „Flussrichtung“ oder er hat umgekehrte Vorzeichen.In this case, the corresponding test current is applied twice for each test current, so that two current pulses are generated. Either the test current of both current pulses has the same sign, ie the same "flow direction" or it has opposite signs.

Dies ist notwendig, damit eine Bewegung durch etwaiges Spiel des Elektromotors nicht in die Messung des Winkelfehlers eingeht.This is necessary so that a movement by any play of the electric motor is not included in the measurement of the angle error.

Bei Strompulsen mit gleichen Vorzeichen des Teststromes wird der Rotor im ersten Strompuls gegen die Fixierung des Rotors 14 gedreht, um das Spiel des Elektromotors und der den Rotor fixierenden Teile zu eliminieren. Für den zweiten Strompuls wird der Stator 12 dann kurzgeschlossen, damit der Rotor 14 kein Drehmoment mehr erzeugt und somit die Winkelposition des Rotors 14 vollständig bekannt ist.For current pulses with the same sign of the test current, the rotor is in the first current pulse against the fixation of the rotor 14 rotated to eliminate the play of the electric motor and the rotor fixing parts. For the second current pulse, the stator 12 then short-circuited so that the rotor 14 generates no more torque and thus the angular position of the rotor 14 is completely known.

Bei Strompulsen mit umgekehrten Vorzeichen der beiden Testströme gleichen sich die durch das Spiel erzeugten Messungenauigkeiten aus, da auch die vom Spiel hervorgerufenen Bewegungen des Elektromotors verschiedene Vorzeichen haben.For current pulses with opposite signs of the two test currents, the measurement inaccuracies generated by the game compensate each other, as well as the movements of the electric motor caused by the game have different signs.

Der Winkelfehler kann nun als Differenz aus der vorbestimmten Winkelposition, in der der Rotor 14 fixiert ist, und dem jeweils gemessenen Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG bestimmt werden und mit der entsprechenden Teststromstärke verknüpft werden.The angle error can now be calculated as the difference between the predetermined angular position in which the rotor 14 is fixed, and the respectively measured angle of the total magnetic field M G be determined and linked to the appropriate test current strength.

Auf diese Weise kann die gewünschte Abhängigkeit zwischen der Stromstärke und dem Winkelfehler als Kennlinie ermittelt und die Winkelfehlerfunktion bestimmt werden (Schritt W4). In this way, the desired dependence between the current intensity and the angle error can be determined as a characteristic and the angle error function can be determined (step W4 ).

Dieses Verfahren kann für Elektromotoren mit verschiedenen Winkel- und/oder Positionstoleranzen wiederholt werden, um die Abhängigkeit des Winkelfehlers von diesen Winkel- und/oder Positionstoleranzen zu ermitteln.This method may be repeated for electric motors having various angular and / or positional tolerances to determine the dependence of the angular error on these angular and / or positional tolerances.

Durch Hinzunahme dieser Abhängigkeit wird die Winkelfehlerfunktion zu einem Kennfeld (3).By adding this dependence, the angle error function becomes a map ( 3 ).

Dabei sind die Winkel- und/oder Positionstoleranzen bei der Montage bekannt oder können durch Differenzbildung des Winkels des Gesamtmagnetfeldes und der vorbestimmten Winkelposition in unbestromtem Zustand des Elektromotors 10 ermittelt werden.In this case, the angular and / or positional tolerances in the assembly are known or can by subtraction of the angle of the total magnetic field and the predetermined angular position in de-energized state of the electric motor 10 be determined.

Um die Präzision der Winkelfehlerfunktion zu erhöhen, kann die Bestimmung des Kennfeldes bei verschieden vorbestimmten Winkelpositionen wiederholt werden.In order to increase the precision of the angular error function, the determination of the characteristic field can be repeated at different predetermined angular positions.

Auch kann das Verfahren bei verschiedenen Temperaturen wiederholt werden, um die Temperaturabhängigkeit der Winkelfehlerfunktion bestimmen zu können.The method can also be repeated at different temperatures in order to be able to determine the temperature dependence of the angle error function.

Mithilfe der auf diese Weise bestimmten Winkelfehlerfunktion kann dann mittels des in 4b gezeigten Verfahrens während des Betriebs des Elektromotors 10 auf den aktuellen Drehwinkel des Rotors geschlossen werden.Using the angle error function determined in this way, you can then use the in 4b shown method during operation of the electric motor 10 be closed to the current angle of rotation of the rotor.

Hierzu wird der Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG durch den Magnetfeldsensor 20 bestimmt (Schritt W5).For this purpose, the angle of the total magnetic field M G through the magnetic field sensor 20 determined (step W5 ).

Außerdem wird die Stromstärke durch die Stromleitungen 36 ermittelt (Schritt W6). Die Stromstärke kann dabei z. B. durch einen Stromsensor 38 gemessen werden.In addition, the current through the power lines 36 determined (step W6 ). The current can be z. B. by a current sensor 38 be measured.

Zudem kann vom Temperatursensor 18 die Temperatur des Elektromotors 10, des Rotors 14 oder des Stators 12 ermittelt werden (Schritt T).In addition, from the temperature sensor 18 the temperature of the electric motor 10 , the rotor 14 or the stator 12 be determined (step T ).

Diese Messwerte werden an die Steuereinheit 22 übermittelt, in der auch die Winkelfehlerfunktion hinterlegt ist (Schritt W7).These readings are sent to the control unit 22 in which the angular error function is also stored (step W7 ).

In der Steuereinheit 22 kann auch eine Information über die Winkel- und/oder Positionstoleranzen des entsprechenden Elektromotors 10 hinterlegt sein.In the control unit 22 may also be information about the angular and / or position tolerances of the corresponding electric motor 10 be deposited.

Mithilfe dieser Messwerte, genauer gesagt anhand der Stromstärke, der Temperatur und der Information über die Winkel- und/oder Positionstoleranzen, bestimmt die Steuereinheit 22 den Winkelfehler (Schritt W8).Using these measurements, more precisely on the basis of the current intensity, the temperature and the information about the angular and / or positional tolerances, the control unit determines 22 the angle error (step W8 ).

Zur Bestimmung des aktuellen Drehwinkels wird dann dieser Winkelfehler herangezogen, um den vom Magnetfeldsensor 20 gemessenen Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG zu korrigieren. Beispielsweise wird der Winkelfehler zum gemessenen Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG addiert (Schritt W9).To determine the current angle of rotation, this angle error is then used to determine that from the magnetic field sensor 20 measured angle of the total magnetic field M G to correct. For example, the angle error becomes the measured angle of the total magnetic field M G added (step W9 ).

Jedoch ist es nicht notwendig, dass die Stromstärke von einem Stromsensor 38 gemessen wird, da die Stromstärke auch anhand der Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG , d. h. dem Betrag des Gesamtmagnetfeldes MG , und/oder dem Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG bestimmt werden kann. Dies geschieht mithilfe einer Feldstärkenfehlerfunktion, die ähnlich der Winkelfehlerfunktion ist.However, it is not necessary that the current from a current sensor 38 is measured, since the current also based on the strength of the total magnetic field M G ie the amount of the total magnetic field M G , and / or the angle of the total magnetic field M G can be determined. This is done by using a field strength error function that is similar to the angle error function.

Die Feldstärkefehlerfunktion gibt allerdings die Abhängigkeit der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes MG von der Stromstärke durch die Stromleitungen 36 an.However, the field strength error function gives the dependence of the strength and / or the angle of the total magnetic field M G from the current through the power lines 36 at.

Die Bestimmung der Feldstärkenfehlerfunktion ist in 5a schematisch dargestellt.The determination of the field strength error function is in 5a shown schematically.

Zunächst werden wieder verschiedene Testströme mit verschiedenen bekannten Teststromstärken an die Stromleitungen 36 (Schritt F1) angelegt und dann die Stärke bzw. der Betrag des Gesamtmagnetfeldes MG vom Magnetfeldsensor 20 bestimmt und zusammen mit der Stromstärke dokumentiert (Schritt F2).First, different test currents with different known test currents are applied to the power lines 36 (Step F1 ) and then the strength or the amount of the total magnetic field M G from the magnetic field sensor 20 determined and documented together with the amperage (step F2 ).

Dabei ist es nicht notwendig, dass der Rotor 14 fixiert ist oder dass der Teststrom für jede Teststromstärke zweimal angelegt wird, da der Betrag winkelunabhängig ist und das Messmagnetfeld MG und das Störmagnetfeld MS zueinander fixiert sind.It is not necessary that the rotor 14 is fixed or that the test current is applied twice for each test current, since the amount is angle independent and the measuring magnetic field M G and the disturbing magnetic field M s are fixed to each other.

Mithilfe der ermittelten Daten kann dann eine Abhängigkeit zwischen der Stromstärke und der Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG ermittelt werden, um somit eine entsprechende Kennlinie, die Feldstärkefehlerfunktion zu erhalten (Schritt F3).The data obtained can then be used to determine the relationship between the current intensity and the strength of the total magnetic field M G are determined so as to obtain a corresponding characteristic, the field strength error function (step F3).

Wie zuvor für die Winkelfehlerfunktion beschrieben, kann auch die Feldstärkefehlerfunktion von der Temperatur und/oder Winkel- und/oder Positionstoleranzen abhängig sein, die wie zur Winkelfehlerfunktion beschrieben ermittelt werden können.As described above for the angular error function, the field strength error function can also be dependent on the temperature and / or angle and / or position tolerances, which can be determined as described for the angle error function.

Die Feldstärkenfehlerfunktion ist in diesem Fall auch ein Kennfeld, das eine Abhängigkeit zwischen der Stärke des Magnetfeldes MG , den montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen und der Stromstärke angibt. Gegebenenfalls wird auch eine Temperaturabhängigkeit berücksichtigt.The field strength error function in this case is also a map which is a relationship between the strength of the magnetic field M G , the installation-related angular and / or position tolerances and the current indicates. Optionally, a temperature dependence is taken into account.

In 5b ist schematisch ein Verfahren dargestellt, wie mittels der Feldstärkefehlerfunktion die Stromstärke anhand der Messung des Magnetfeldsensors 20 bestimmt werden kann.In 5b schematically a method is shown, as by means of the field strength error function, the current based on the measurement of the magnetic field sensor 20 can be determined.

Zunächst wird in Schritt F4 während des Betriebs des Elektromotors 10 die Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG durch den Magnetfeldsensor 20 bestimmt und anschließend zur Steuereinheit 22 übermittelt (Schritt F5).First, in step F4, during operation of the electric motor 10 the strength of the total magnetic field M G through the magnetic field sensor 20 determined and then to the control unit 22 transmitted (step F5 ).

Außerdem kann die Temperatur des Elektromotors 10 durch den Temperatursensor 18 ermittelt werden und ebenfalls an die Steuereinheit 22 übermittelt werden (Schritt T).In addition, the temperature of the electric motor 10 through the temperature sensor 18 be determined and also to the control unit 22 be transmitted (step T ).

Die Steuereinheit 22 kann dann mithilfe der Feldstärkenfehlerfunktion und der ermittelten Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG gegebenenfalls unter Hinzunahme der aktuellen Temperatur und/oder der in der Steuereinheit 22 hinterlegten Information über montagebedingte Winkel- und/oder Positionstoleranzen, die aktuelle Stromstärke des Stromes in den Stromleitungen 36 ermitteln (Schritt F6).The control unit 22 can then use the field strength error function and the determined strength of the total magnetic field M G optionally with the addition of the current temperature and / or in the control unit 22 deposited information about assembly-related angular and / or position tolerances, the current current of the current in the power lines 36 determine (step F6 ).

Die ermittelte Stromstärke kann z. B. dazu dienen, eine Strommessung eines Stromsensors 38 zu plausibilisieren, um einen Ausfall des Stromsensors 38 erkennen zu können.The determined current can be z. B. serve a current measurement of a current sensor 38 to plausibility, to a failure of the current sensor 38 to be able to recognize.

Denkbar ist jedoch auch, dass diese Stromstärkenmessung die Aufgaben des Stromsensors 38 übernimmt und diesen ersetzt.It is also conceivable, however, that this measurement of current intensity is the task of the current sensor 38 takes over and replaces it.

Ebenfalls kann zusätzlich zur oder anstelle der Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG auch der Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG zur Bestimmung der Feldstärkefehlerfunktion und/oder der Stromstärke verwendet werden.Also, in addition to or instead of the strength of the total magnetic field M G also the angle of the total magnetic field M G be used to determine the field strength error function and / or the amperage.

Zum Beispiel kann die auf diese Weise ermittelte Stromstärke herangezogen werden, um den Drehwinkel des Rotors 14 wie zuvor beschrieben bestimmen zu können.For example, the current determined in this way can be used to determine the angle of rotation of the rotor 14 as previously described.

Der Ablauf dieses Verfahrens ist in 6 dargestellt.The procedure of this procedure is in 6 shown.

Zunächst wird in den Schritten G1 und G2 der Winkel des Gesamtmagnetfeldes MG bzw. die Stärke des Gesamtmagnetfeldes MG durch den Magnetfeldsensor 20 bestimmt und an die Steuereinheit 22 weitergeleitet.First, in the steps G1 and G2 the angle of the total magnetic field M G or the strength of the total magnetic field M G through the magnetic field sensor 20 determined and to the control unit 22 forwarded.

Daraufhin ermittelt die Steuereinheit 22 gegebenenfalls unter Zuhilfenahme eines übermittelten Temperaturwertes und/oder Informationen zu montagebedingten Winkel- und/oder Positionstoleranzen, die aktuelle Stromstärke mithilfe der Feldstärkenfehlerfunktion (Schritt G3).The control unit then determines 22 optionally with the aid of a transmitted temperature value and / or information on assembly-related angle and / or position tolerances, the current intensity using the field strength error function (step G3 ).

Diese aktuelle Stromstärke wird nun verwendet um, wie zuvor beschrieben, den Drehwinkel des Rotors 14 anhand des vom Magnetfeldsensor 20 bestimmten Winkels des Gesamtmagnetfeldes MG zu bestimmen. Hierzu wird die Winkelfehlerfunktion herangezogen (Schritt G4).This current current is now used to, as described above, the rotation angle of the rotor 14 on the basis of the magnetic field sensor 20 certain angle of the total magnetic field M G to determine. For this purpose, the angle error function is used (step G4 ).

Auch hier kann wieder ein Temperaturwert des Temperatursensors 18 und/oder Informationen über montagebedingte Winkel- und/oder Positionstoleranzen berücksichtigt werden.Again, a temperature value of the temperature sensor can again 18 and / or information about assembly-related angular and / or position tolerances are taken into account.

Auf diese Weise kann der Drehwinkel des Rotors 14 bzw. die Rotorlage des Elektromotors 10 allein mithilfe des Magnetfeldsensors 20 bestimmt werden.In this way, the angle of rotation of the rotor 14 or the rotor position of the electric motor 10 solely by using the magnetic field sensor 20 be determined.

Eine Strommessung durch einen zusätzlichen Sensor ist somit überflüssig.A current measurement by an additional sensor is therefore superfluous.

Claims (16)

Verfahren zum Bestimmen wenigstens eines Betriebsparameters eines Elektromotors (10), insbesondere zum Fahrzeugantrieb, der einen Stator (12), einen Rotor (14), wenigstens einen Magneten (30), der drehfest mit dem Rotor (14) verbunden ist und der ein Messmagnetfeld (MM) erzeugt, einen Magnetfeldsensor (20) und wenigstens eine Stromleitung (36) umfasst, die am Rotor (14) vorgesehen ist, wobei ein durch die Stromleitung (36) fließender Strom ein Störmagnetfeld (MS) erzeugen kann, das mit dem Messmagnetfeld (MM) zu einem Gesamtmagnetfeld (MG) überlagert, in dem der Magnetfeldsensor (20) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Ermitteln der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) durch den Magnetfeldsensor (20), und b) Bestimmen des gewünschten Betriebsparameters unter Verwendung wenigstens einer Magnetfeldfehlerfunktion und der ermittelten Stärke und/oder des ermittelten Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG).Method for determining at least one operating parameter of an electric motor (10), in particular for the vehicle drive, comprising a stator (12), a rotor (14), at least one magnet (30) which is non-rotatably connected to the rotor (14) and which is a measuring magnetic field (M M ) generated, a magnetic field sensor (20) and at least one power line (36) which is provided on the rotor (14), wherein a current flowing through the power line (36) current can generate a disturbance magnetic field (M S ) with the measuring magnetic field (M M ) to a total magnetic field (M G ) superimposed, in which the magnetic field sensor (20) is arranged, wherein the method comprises the following steps: a) determining the strength and / or the angle of the total magnetic field (M G ) the magnetic field sensor (20), and b) determining the desired operating parameter using at least one magnetic field error function and the determined strength and / or the determined angle of the total magnetic field (M G ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldfehlerfunktion eine Feldstärkefehlerfunktion ist, die eine Abhängigkeit der Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) von der Stromstärke angibt.Method according to Claim 1 , characterized in that the magnetic field error function is a field strength error function which indicates a dependence of the strength and / or the angle of the total magnetic field (M G ) on the current intensity. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärkefehlerfunktion bestimmt wird durch die folgenden Schritte: a) wiederholtes Anlegen eines Teststromes mit verschiedenen, bekannten Teststromstärken an die Stromleitung (36), b) Ermitteln der vom Magnetfeldsensor (20) bestimmten Stärke und/oder Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) für jede der Teststromstärken, und c) Bestimmen der Abhängigkeit zwischen der Stromstärke und der Stärke und/oder dem Winkel des Gesamtmagnetfeldes (MG).Method according to Claim 2 characterized in that the field strength error function is determined by the steps of: a) repeatedly applying a test current of various known test currents to the power line (36); b) determining the strength and / or angle of the total magnetic field (M G ) determined by the magnetic field sensor (20) for each of the test currents, and c) determining the relationship between the current intensity and the magnitude and / or angle of the total magnetic field (M G ). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Betriebsparameter die aktuelle Stromstärke in der Stromleitung (36) und die Magnetfeldfehlerfunktion die Feldstärkefehlerfunktion ist, wobei a) durch den Magnetfeldsensor (20) die Stärke und/oder der Winkel des Gesamtmagnetfeldes (MG) bestimmt wird, und b) die aktuelle Stromstärke anhand der bestimmten Stärke und/oder des Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) mittels der Feldstärkefehlerfunktion bestimmt wird.Method according to Claim 2 or 3 characterized in that the desired operating parameter is the current magnitude in the power line (36) and the magnetic field error function is the field strength error function, where a) the strength and / or the angle of the total magnetic field (M G ) is determined by the magnetic field sensor (20), and b) the current intensity is determined on the basis of the determined strength and / or the angle of the total magnetic field (M G ) by means of the field strength error function. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldfehlerfunktion eine Winkelfehlerfunktion ist, die den Winkelfehler zwischen dem Winkel des Gesamtmagnetfeldes (MG) und dem Drehwinkel des Rotors (14) in Abhängigkeit von der Stromstärke des durch die Stromleitung (36) fließenden Stroms angibt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field error function is an angular error function, the angle error between the angle of the total magnetic field (M G ) and the rotational angle of the rotor (14) in dependence on the current flowing through the power line (36) Current indicates. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelfehlerfunktion bestimmt wird durch die folgenden Schritte: a) Fixieren des Rotors (14) in einer vorbestimmten Winkelposition, b) wiederholtes Anlegen eines Teststromes mit verschiedenen, bekannten Teststromstärken an die Stromleitung (36), c) Ermitteln des vom Magnetfeldsensor (20) gemessenen Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) für jede der Teststromstärken, und d) Bestimmen des Winkelfehlers für die bekannte Teststromstärke als Differenz aus der vorbestimmten Winkelposition des Rotors (14) und des vom Magnetfeldsensor (20) gemessenen Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG).Method according to Claim 5 , characterized in that the angular error function is determined by the following steps: a) fixing the rotor (14) in a predetermined angular position, b) repeatedly applying a test current with different, known test currents to the power line (36), c) determining the from Magnetic field sensor (20) measured angle of the total magnetic field (M G ) for each of the test currents, and d) determining the angular error for the known test current as the difference between the predetermined angular position of the rotor (14) and the measured magnetic field sensor (20) angle of the total magnetic field ( M G ). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teststrom für jede Teststromstärke zweimal angelegt wird.Method according to Claim 6 , characterized in that the test current is applied twice for each test current strength. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünschte Betriebsparameter der aktuelle Drehwinkel des Rotors (14) und die Magnetfeldfehlerfunktion die Winkelfehlerfunktion ist, wobei a) durch den Magnetfeldsensor (20) der Winkel des Gesamtmagnetfeldes (MG) bestimmt wird, b) die Stromstärke bestimmt wird, und c) der aktuelle Drehwinkel des Rotors (14) anhand des bestimmten Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) und der bestimmten Stromstärke mittels der Winkelfehlerfunktion bestimmt wird.Method according to one of Claims 5 to 7 , characterized in that the desired operating parameter is the current rotational angle of the rotor (14) and the magnetic field error function is the angular error function, wherein a) the magnetic field sensor (20) determines the angle of the total magnetic field (M G ), b) the current intensity is determined, and c) the current angle of rotation of the rotor (14) is determined on the basis of the determined angle of the total magnetic field (M G ) and the determined current intensity by means of the angular error function. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gewünschten Betriebsparameter der aktuelle Drehwinkel des Rotors (14) und die aktuelle Stromstärke sind und die Magnetfeldfehlerfunktionen die Feldstärkefehlerfunktion und die Winkelfehlerfunktion sind, wobei a) durch den Magnetfeldsensor (20) der Winkel und die Stärke des Gesamtmagnetfeldes (MG) bestimmt wird, b) die aktuelle Stromstärke mittels der Feldstärkefehlerfunktion bestimmt wird, und c) der aktuelle Drehwinkel des Rotors (14) anhand des bestimmten Winkels des Gesamtmagnetfeldes (MG) und der bestimmten aktuellen Stromstärke mittels der Winkelfehlerfunktion bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the desired operating parameters are the current rotational angle of the rotor (14) and the current intensity and the magnetic field error functions are the field strength error function and the angular error function, wherein a) by the magnetic field sensor (20) the angle and the Strength of the total magnetic field (M G ) is determined, b) the current intensity is determined by means of the field strength error function, and c) the current rotation angle of the rotor (14) based on the determined angle of the total magnetic field (M G ) and the determined current current by means of the angular error function is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Montage des Elektromotors (10) auftretende Winkel- und/oder Positionstoleranzen berücksichtigt oder ermittelt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that occurring during the assembly of the electric motor (10) occurring angle and / or position tolerances or determined. Verfahren nach Anspruch 10, sofern auf einen der Ansprüche 5 bis 8 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelfehlerfunktion ein Kennfeld ist, das eine Abhängigkeit zwischen dem Winkelfehler, den montagebedingten Positionstoleranzen und der Stromstärke angibt.Method according to Claim 10 , if one of the Claims 5 to 8th back-related, characterized in that the angle error function is a map indicating a relationship between the angular error, the assembly-related position tolerances and the current. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, sofern auf einen der Ansprüche 2 bis 4 rückbezogen, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldstärkefehlerfunktion ein Kennfeld ist, das eine Abhängigkeit zwischen der Stärke und/oder des Winkels des Magnetfeldes, den montagebedingten Positionstoleranzen und der Stromstärke angibt.Method according to Claim 10 or 11 , if one of the Claims 2 to 4 referred back, characterized in that the field strength error function is a map indicating a relationship between the strength and / or the angle of the magnetic field, the assembly-related position tolerances and the current intensity. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetfeldfehlerfunktion temperaturabhängig ist, wobei zur Bestimmung des wenigstens einen Betriebsparameters die Temperatur des Elektromotors (10) herangezogen wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field error function is temperature-dependent, wherein for determining the at least one operating parameter, the temperature of the electric motor (10) is used. Elektromotor, insbesondere zum Fahrzeugantrieb, mit einem Stator (12), einem Rotor (14), wenigstens einem Magneten (30), der drehfest mit dem Rotor (14) verbunden ist und der ein Messmagnetfeld (MM) erzeugt, einem Magnetfeldsensor (20), wenigstens einer Stromleitung (36), die am Rotor (14) vorgesehen ist, und einer Steuereinheit (22), wobei ein von einem Strom durch die Stromleitung (36) induziertes Störmagnetfeld (MS) mit dem Messmagnetfeld (MM) zu einem Gesamtmagnetfeld (MG) überlagert, in dem der Magnetfeldsensor (20) angeordnet ist, und wobei die Steuereinheit (22) wenigstens mit dem Magnetfeldsensor (20) informationstechnisch verbunden ist, um Messsignale zu empfangen, und dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.Electric motor, in particular for vehicle drive, with a stator (12), a rotor (14), at least one magnet (30) which is non-rotatably connected to the rotor (14) and generates a measuring magnetic field (M M ), a magnetic field sensor (20 ), at least one power line (36) provided on the rotor (14) and a control unit (22), one of a current through the power line (36) induced disturbance magnetic field (M S ) with the measuring magnetic field (M M ) to a total magnetic field (M G ) superimposed, in which the magnetic field sensor (20) is arranged, and wherein the control unit (22) is in terms of information technology connected at least to the magnetic field sensor (20) in order to receive measurement signals and is adapted to carry out the method according to one of the preceding claims. Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung (36) derart im Bezug zum Magneten (30) angeordnet ist, dass das Störmagnetfeld (MS) im Bereich des Messmagnetfeldes (MM) im Wesentlichen parallel zum Messmagnetfeld (MM) ist.Electric motor after Claim 14 , characterized in that the power line (36) is arranged in relation to the magnet (30), that the disturbance magnetic field (M S ) in the region of the measuring magnetic field (M M ) is substantially parallel to the measuring magnetic field (M M ). Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromleitung (36) derart im Bezug zum Magneten (30) angeordnet ist, dass das Störmagnetfeld (MS) im Bereich des Messmagnetfeldes (MM) im Wesentlichen senkrecht zum Messmagnetfeld (MM) ist.Electric motor after Claim 14 , characterized in that the power line (36) is arranged in relation to the magnet (30) such that the interference magnetic field (M S ) in the region of the measuring magnetic field (M M ) is substantially perpendicular to the measuring magnetic field (M M ).
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