DE102017217626A1

DE102017217626A1 - Method and device for detecting a rotation quantity

Info

Publication number: DE102017217626A1
Application number: DE102017217626.1A
Authority: DE
Inventors: Christian Thomann; Detlef Russ; Guido Naumann
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2017-10-04
Filing date: 2017-10-04
Publication date: 2019-04-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Rotationsgröße eines drehbar gelagerten Rotors (26) eines mechanisch kommutierten Elektromotors (12), aufweisend einen zwischen zwei Bürstenelementen (40) des Elektromotors (12) gebildeten Motorstrompfad (52), welcher über von den Bürstenelementen (40) kontaktierte Kommutatorlamellen (36) und mit diesen elektrisch leitend verbundene Spulenwicklungen (32) des Rotors (26) geführt ist, , wobei ein oszillierendes Eingangssignal (82) in den Motorstrompfad (52) eingespeist wird, und wobei anhand einer durch die mechanische Kommutierung des Motorpfads (52) bedingten Stromwelligkeit eines resultierenden Ausgangssignals (86) die Rotationsgröße bestimmt wird.The invention relates to a method for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor (26) of a mechanically commutated electric motor (12), comprising a motor current path (52) formed between two brush elements (40) of the electric motor (12), which is connected by the brush elements (40 ) contacted commutator bars (36) and with these electrically conductive coil windings (32) of the rotor (26) is guided, wherein an oscillating input signal (82) in the motor current path (52) is fed, and wherein on the basis of a mechanical commutation of the Motor paths (52) conditional current ripple of a resulting output signal (86) the rotation size is determined.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung einer Rotationsgröße eines drehbar gelagerten Rotors eines mechanisch kommutierten Elektromotors. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.The invention relates to a method for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor of a mechanically commutated electric motor. The invention further relates to a device for carrying out such a method.

In Kraftfahrzeugen sind typischerweise elektromotorische Verstellantriebe eingebaut, welche Verstellteile wie beispielsweise Seitenfenster und/oder ein Schiebedach öffnen und schließen können. Des Weiteren weisen Kraftfahrzeuge häufig auch Sitze mit elektromotorischer Sitzverstellung auf. Das jeweilige Verstellteil wird hierbei mittels eines von einem Elektromotor angetriebenen Getriebes bewegt. Das Getriebe ist häufig in Form insbesondere eines Schneckengetriebes mit einer (antriebsseitigen) Schnecke auf einer Motorwelle und mit einem (abtriebsseitigen) Schneckenrad ausgeführt.In motor vehicles electromotive adjusting drives are typically installed, which adjustment parts such as side windows and / or a sunroof can open and close. Furthermore, motor vehicles often have seats with electromotive seat adjustment. The respective adjusting part is in this case moved by means of a gear driven by an electric motor. The gearbox is often designed in the form of, in particular, a worm gear with a (drive-side) worm on a motor shaft and with a (driven-side) worm wheel.

Als Elektromotor wird üblicherweise ein bürstenbehafteter oder mechanisch kommutierter Elektromotor verwendet. Derartige Elektromotoren weisen einen Kommutator mit (Kommutator-)Lamellen sowie zumindest zwei Bürstenelemente auf, mittels derer eine Kommutierung und folglich eine elektrische Umpolung von Spulenwicklungen eines Rotors des Elektromotors erfolgt. Die in der Regel aus gepresstem Kohlestaub hergestellten Bürstenelemente sind um den zentralen Kommutator angeordnet und liegen in korrespondierenden Köchern ein. Die Bürsten werden hierbei federbelastet gegen den Kommutator gepresst, sodass ein elektrischer Gleit- oder Schleifkontakt zwischen den Bürsten und den damit bestrichenen Kommutatorlamellen während des Motorbetriebs gewährleistet ist.The electric motor used is usually a brushed or mechanically commutated electric motor. Such electric motors have a commutator with (commutator) fins and at least two brush elements, by means of which a commutation and consequently an electrical reversal of coil windings of a rotor of the electric motor takes place. The brush elements, which are usually made of pressed coal dust, are arranged around the central commutator and lie in corresponding pockets. The brushes are in this case spring-loaded pressed against the commutator, so that an electrical sliding or sliding contact between the brush and the commutator blades thus coated during operation of the engine is guaranteed.

Bei einem Übergang der elektrischen Kontaktierung der Bürstenelemente zu der in Drehrichtung jeweils nachfolgenden Kommutatorlamelle steigt der elektrische (Anker-)Widerstand des Elektromotors an. Infolgedessen sinkt zu diesem Zeitpunkt der durch den Elektromotor fließende elektrische Strom (Motorstrom, Ankerstrom). Dies dauert an, bis die Bürstenelemente aufgrund der Drehung des Kommutators bzw. Rotors erneut lediglich mit jeweils einer einzigen der Kommutatorlamellen elektrisch kontaktiert sind. Diese periodische Erhöhung und Erniedrigung des Widerstandes prägt dem Motorstrom einen Wechselstromanteil auf. Dieser auch als „Stromwelligkeit“ oder „Rippelstrom“ bezeichnete Wechselstromanteil wird hierbei häufig zur Bestimmung einer Rotationsgröße, wie insbesondere der Rotorposition oder der Rotordrehzahl, des Rotors verwendet. Die Stromwelligkeit wird hierbei in der Regel an einem Shunt-Widerstand erfasst.At a transition of the electrical contacting of the brush elements to the direction of rotation respectively subsequent commutator, the electrical (armature) resistance of the electric motor increases. As a result, at this time, the electric current flowing through the electric motor (motor current, armature current) decreases. This continues until, due to the rotation of the commutator or rotor, the brush elements are again in electrical contact with only a single one of the commutator segments. This periodic increase and decrease of the resistance imposes an alternating current component on the motor current. This alternating current component, which is also referred to as "current ripple" or "ripple current", is frequently used here for determining a rotational variable, in particular the rotor position or the rotor rotational speed, of the rotor. The current ripple is usually detected at a shunt resistor.

Nachteiligerweise ist hierbei die Erfassung der Rotationsgröße (Rotorposition, Rotordrehzahl) abhängig vom Last- bzw. Motorstrom. Mit anderen Worten ist eine Erfassung im nicht bestromten Zustand des Elektromotors nicht möglich. Dadurch ist es beispielsweise notwendig, für Betriebssituationen mit niedrigem Laststrom und/oder entsprechend niedrigen Motordrehzahlen zur sensorlosen Positions- und/oder Drehzahlbestimmung ein Motormodell in einem Controller zu hinterlegen, und anhand dieses Motormodells den Elektromotor zu betreiben.The disadvantage here is the detection of the rotational variable (rotor position, rotor speed) depends on the load or motor current. In other words, a detection in the non-energized state of the electric motor is not possible. This makes it necessary, for example, for operating situations with low load current and / or correspondingly low engine speeds for sensorless position and / or speed determination to deposit a motor model in a controller, and to operate the electric motor based on this motor model.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Erfassung einer Rotationsgröße eines drehbar gelagerten Rotors eines mechanisch kommutierten Elektromotors anzugeben. Insbesondere soll eine konstruktiv möglichst einfache Ausgestaltung angegeben werden, mittels welcher eine zuverlässige Erfassung der Rotationsgröße auch bei niedrigem Last- oder Motorstrom möglich ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine für ein derartiges Verfahren geeignete Vorrichtung anzugeben.The invention has for its object to provide a particularly suitable method for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor of a mechanically commutated electric motor. In particular, a structurally simple design should be specified, by means of which a reliable detection of the rotation size is possible even at low load or motor current. The invention is further based on the object of specifying a device suitable for such a method.

Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 6 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.With regard to the method, the object with the features of claim 1 and in terms of the device with the features of claim 6 is achieved according to the invention. Advantageous embodiments and further developments are the subject of the respective subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Erfassung einer Rotationsgröße eines drehbar gelagerten Rotors eines mechanisch kommutierten, also bürstenbehafteten Elektromotors geeignet und ausgestaltet. Bei dem Elektromotor handelt es sich beispielsweise um einen Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugs, mittels welchem ein Verstellteil entlang eines Verstellwegs verbracht wird. Der Elektromotor weist hierbei einen Kommutator sowie Bürstenelemente auf, welche bei einem Motorbetrieb über Kommutatorlamellen des Kommutators streichen. Mit anderen Worten handelt es sich bei dem Elektromotor um einen bürstenbehafteten Kommutatormotor. Die Bürsten oder Bürstenelemente sind hierbei Bestandteil eines Bürstensystems eines Stators, und der Kommutator ist Bestandteil eines Rotors des Elektromotors. Der Rotor ist insbesondere drehbar gegenüber dem Stator gelagert. Der Rotor ist hierbei mit einer Elektromagnetenstruktur mit einer Anzahl von die Elektromagneten bildenden Spulenwicklungen (Ankerwicklung, Rotorwicklung) versehen. Hierbei ist jeweils ein erstes und zweites Spulenende einer jeden Spulenwicklung an zwei Kommutatorlamellen des Kommutators geführt.The method according to the invention is suitable and configured for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor of a mechanically commutated, ie brushed, electric motor. The electric motor is, for example, an adjusting drive of a motor vehicle by means of which an adjusting part is moved along an adjustment path. The electric motor in this case has a commutator and brush elements, which strike at a motor operation via commutator of the commutator. In other words, the electric motor is a brushed commutator motor. The brushes or brush elements are part of a brush system of a stator, and the commutator is part of a rotor of the electric motor. The rotor is in particular mounted rotatably relative to the stator. In this case, the rotor is provided with an electromagnet structure with a number of coil windings forming the electromagnets (armature winding, rotor winding). Here, in each case a first and second coil end of each coil winding is guided on two commutator of the commutator.

Zwischen zwei Bürstenelementen des Elektromotors ist somit ein Motorstrompfad gebildet, welcher über von den Bürstenelementen kontaktierte Kommutatorlamellen und mit diesen elektrisch leitend verbundenen Spulenwicklungen des Rotors geführt ist. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass durch die Kommutierung die Impedanz oder die Induktivität der Spulenwicklungen geändert wird.Between two brush elements of the electric motor, a motor current path is thus formed, which is guided over the commutator blades contacted by the brush elements and with the coil windings of the rotor electrically connected thereto. The invention is based on the Recognizing that the impedance or the inductance of the coil windings is changed by the commutation.

Verfahrensgemäß ist vorgesehen, dass ein oszillierendes Eingangssignal in die Parallelschaltung des Motorstrompfads und des Funkentstörpfads eingespeist wird. Das Eingangssignal wird hierbei beispielsweise als ein Ankerstromsignal in den Motorstrompfad eingespeist. Das Eingangssignal ist hierbei insbesondere ein zusätzliches Stromsignal, welches mit oder alternativ zu dem gleichstromartigen Motor- oder Laststrom in den Motorstrompfad eingespeist wird. In Abhängigkeit des Kommutierungszustands variiert die Impedanz oder Induktivität des Motorstrompfads. Anhand einer durch die mechanische Kommutierung des Motorpfads bedingten Stromwelligkeit eines resultierenden Ausgangssignals wird die Rotationsgröße bestimmt. Dadurch ist ein besonderes geeignetes Verfahren zur Erfassung einer Rotationsgröße realisiert. Insbesondere ist es durch die Einspeisung des Eingangssignals möglich, die Rotationsgröße, insbesondere die Rotorposition oder Rotordrehzahl, auch im nicht bestromten Zustand des Elektromotors, bei welchem kein oder lediglich ein sehr geringer Motor- bzw. Laststrom fließt, zu bestimmen.According to the invention, it is provided that an oscillating input signal is fed into the parallel circuit of the motor current path and the radio interference suppression path. The input signal is in this case for example fed as an armature current signal in the motor current path. The input signal here is in particular an additional current signal, which is fed into the motor current path with or as an alternative to the DC-type motor or load current. Depending on the state of commutation, the impedance or inductance of the motor current path varies. Based on a caused by the mechanical commutation of the motor path current ripple of a resulting output signal, the rotation size is determined. As a result, a special suitable method for detecting a rotation variable is realized. In particular, it is possible by feeding the input signal to determine the rotational variable, in particular the rotor position or rotor speed, even in the non-energized state of the electric motor, in which no or only a very small motor or load current flows.

Im Zuge einer Rotordrehung werden abwechselnd eine Kommutatorlamelle und zwei Kommutatorlamellen mittels eines Bürstenelements kontaktiert. Aus dem Stand der Technik ist es hierbei bekannt, die Stromwelligkeit des geführten Last- oder Motorstroms aufgrund des unterschiedlichen Ankerwiderstands zu erfassen. Der Last- oder Motorstrom ist hierbei in der Regel ein Gleichstrom. Mit anderen Worten ist der Elektromotor ein Gleichstrommotor. Im Gegensatz hierzu wird erfindungsgemäß ein oszillierendes Eingangssignal, also ein Wechselstromsignal, in den Motorpfad eingespeist. Die Modulierung des Ausgangssignals erfolgt hierbei nicht lediglich aufgrund eines wechselnden Ankerwiderstandes, sondern insbesondere aufgrund der unterschiedlich bestromten Spulenwicklungen, also einer veränderlichen Induktivität. Erfindungsgemäß wird somit nicht der Last- und/oder Motorstrom zur Erfassung der Rotationsgröße verwendet. Somit ist das Verfahren insbesondere auch bei einem Stillstand oder nicht bestromten Zustand des Elektromotors anwendbar. Aufgrund der zwei unterschiedlichen Impedanz- oder Induktivitätswerte ist es möglich, die Kommutierungszustände, und somit die Rotationsgröße, als Variation der Signalamplitude (Stromwelligkeit, Ripple) des Ausgangssignals zu erfassen.In the course of a rotor rotation alternately a commutator and two commutator blades are contacted by means of a brush element. It is known from the prior art to detect the current ripple of the guided load or motor current due to the different armature resistance. The load or motor current is usually a direct current. In other words, the electric motor is a DC motor. In contrast, according to the invention, an oscillating input signal, that is to say an alternating current signal, is fed into the motor path. The modulation of the output signal takes place here not only due to a changing armature resistance, but in particular due to the differently energized coil windings, so a variable inductance. Thus, according to the invention, the load and / or motor current is not used to detect the rotational quantity. Thus, the method is particularly applicable to a standstill or non-energized state of the electric motor. Due to the two different impedance or inductance values, it is possible to detect the commutation states, and thus the rotation quantity, as a variation of the signal amplitude (current ripple, ripple) of the output signal.

Der resultierende Strom des Ausgangssignals wird hierbei beispielsweise über einen Widerstand erfasst, wobei die zwei Kommutierungszustände anhand eines unterschiedlichen Spannungsabfalls unterschieden werden. Anhand dieses Spannungsabfalls ist anschließend die Rotationsgröße, also die Rotorposition und/oder Rotordrehzahl, bestimmbar. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nicht die Stromwelligkeit des Laststroms sondern die des wechselstromartigen Ausgangssignals ausgewertet. Die Stromwelligkeit des Ausgangssignals ist nachfolgend auch als Hochfrequenz Stromwelligkeit (HF-Stromwelligkeit, HF-Ripple) bezeichnet.The resulting current of the output signal is in this case detected, for example, via a resistor, the two commutation states being distinguished on the basis of a different voltage drop. On the basis of this voltage drop, the rotational variable, ie the rotor position and / or rotor speed, can then be determined. In contrast to the prior art, not the current ripple of the load current but that of the AC-like output signal is evaluated. The current ripple of the output signal is hereinafter also referred to as high-frequency current ripple (HF current ripple, RF ripple).

Die Auswertung des Ausgangssignals erfolgt vorzugsweise mittels einer Relativerfassung, also einer Amplitudenmessung zwischen den beiden möglichen Kommutierungszuständen. Durch eine solche relative Erfassung werden Effekte und Einflüsse von Bauteiltoleranzen unterdrückt. Dies bedeutet, dass das Verfahren im Wesentlichen unempfindlich gegenüber Bauteiltoleranzen des Elektromotors oder des Antriebs ist. Des Weiteren ist somit beispielsweise eine besonders einfache softwaretechnische Auswertung des Ausgangssignals möglich.The evaluation of the output signal preferably takes place by means of a relative detection, that is to say an amplitude measurement between the two possible commutation states. Such relative detection suppresses effects and influences of component tolerances. This means that the method is essentially insensitive to component tolerances of the electric motor or the drive. Furthermore, a particularly simple software-technical evaluation of the output signal is thus possible, for example.

Der Motor- oder Laststrom kann alternativ auch als ein Wechselstrom ausgeführt sein, wobei der Wechselstrom hierbei jedoch im Vergleich zu dem Eingangssignal eine niedrige Wechselstromfrequenz aufweist. So ist es beispielsweise denkbar, dass der Motor- oder Laststrom mittels einer Pulsweitenmodulation erzeugt wird, und eine Frequenz von beispielsweise 20 kHz aufweist, wobei das Eingangssignal eine im Vergleich hierzu Wesentlich größere Messfrequenz im Bereich von etwa 500 kHz aufweist. Wesentlich ist, dass der Motor- oder Laststrom und das Eingangssignal bzw. das Ausgangssignal voneinander unterschiedliche Frequenzen aufweisen, sodass sie im Zuge der Auswertung leicht voneinander unterscheidbar sind.Alternatively, the motor or load current may be embodied as an alternating current, but the alternating current here has a low alternating current frequency compared to the input signal. Thus, it is conceivable, for example, that the motor or load current is generated by means of a pulse width modulation, and has a frequency of, for example, 20 kHz, wherein the input signal has a significantly greater compared to this measurement frequency in the range of about 500 kHz. It is essential that the motor or load current and the input signal or the output signal from each other have different frequencies, so that they are easily distinguishable from each other in the course of the evaluation.

In einer vorteilhaften Ausführung ist ein Funkentstörpfad mit einer Kapazität zur Reduzierung von Störungen parallel zum Motorstrompfad geschaltet. Diese Ausführung geht hierbei von der Erkenntnis aus, dass der Motorstrompfad und der Funkentstörpfad des Elektromotors einen elektrischen Parallelschwingkreis bilden. Durch das Eingangssignal wird dieser Parallelschwingkreis angeregt, wobei in Abhängigkeit des Kommutierungszustands unterschiedliche Resonanzfrequenzen vorliegen. Aufgrund der zwei unterschiedlichen Resonanzfrequenzen ist es möglich, die Kommutierungszustände, und somit die Rotationsgröße, als Variation der Signalamplitude (Stromwelligkeit, Ripple) des Ausgangssignals besonders zuverlässig und betriebssicher zu erfassen.In an advantageous embodiment, a radio interference path with a capacity for reducing disturbances is connected in parallel with the motor current path. This embodiment is based on the knowledge that the motor current path and the radio interference path of the electric motor form an electrical parallel resonant circuit. By the input signal of this parallel resonant circuit is excited, with different resonance frequencies are present depending on the Kommutierungszustands. Due to the two different resonance frequencies, it is possible to detect the Kommutierungszustände, and thus the rotation size, as a variation of the signal amplitude (current ripple, ripple) of the output signal particularly reliable and reliable.

In einer vorteilhaften Ausführung wird das oszillierende Eingangssignal mit einer Messfrequenz erzeugt, bei welcher die Amplitude der Stromwelligkeit des Ausgangssignals am größten ist. Zur Bestimmung der Messfrequenz ist es beispielsweise denkbar, dass in einem Stillstand des Elektromotors Schaltungs- und/oder Messparameter für die Bestimmung der Rotationsgröße optimiert werden. Insbesondere wird hierfür ein phasenmoduliertes Testsignal als Eingangssignal in den Parallelschwingkreis eingespeist. Anhand der Phasenverschiebungen des Eingangs- und/oder Ausgangssignals ist es hierbei möglich, die optimalen Arbeitspunkte festzulegen. Vorzugsweise werden hierbei eine Anzahl von unterschiedlichen Testsignalen mit unterschiedlichen Phasenverschiebungen sukzessive nacheinander eingespeist, wobei der Arbeitspunkt anhand eines maximalen Amplitudenunterschieds des Ausgangssignals für die unterschiedlichen Kommutierungszustände bestimmt wird. Die Messfrequenz des oder jedesTestsignals bzw. des Eingangssignals ist hierbei in einem weiten Frequenzbereich wählbar.In an advantageous embodiment, the oscillating input signal is generated at a measurement frequency at which the amplitude of the current ripple of the output signal is greatest. To determine the measurement frequency, it is conceivable, for example, that in a standstill of the electric motor Circuit and / or measurement parameters for the determination of the rotation size can be optimized. In particular, for this purpose, a phase-modulated test signal is fed as an input signal into the parallel resonant circuit. Based on the phase shifts of the input and / or output signal, it is possible to set the optimal operating points. Preferably, in this case, a number of different test signals with different phase shifts are successively fed successively, the operating point being determined on the basis of a maximum amplitude difference of the output signal for the different commutation states. The measuring frequency of the or each test signal or of the input signal is hereby selectable in a wide frequency range.

Die Messfrequenz weist zweckmäßigerweise einen Frequenzwert auf, welcher größer ist, als die im Betrieb auftretenden Rotationsfrequenzen des Elektromotors. Insbesondere weist die Messfrequenz einen Frequenzwert auf, welcher um eine, insbesondere zwei Größenordnungen größer ist, als die Motorfrequenz. Beispielsweise weist der Elektromotor während des Motorbetriebs eine Rotationsfrequenz oder Motorfrequenz von etwa 1 kHz auf. Die Messfrequenz ist hierbei geeigneterweise in einem weiten Frequenzbereich, beispielsweise zwischen 350 kHz und 800 kHz, bestimmbar. Beispielsweise ist die Messfrequenz hierbei auf etwa 550 kHz festgelegt. Somit ist die HF-Stromwelligkeit des Ausgangssignals zuverlässig von dem Last- bzw. Motorstrom unterscheidbar.The measuring frequency expediently has a frequency value which is greater than the rotational frequencies of the electric motor occurring during operation. In particular, the measuring frequency has a frequency value which is greater by one, in particular two orders of magnitude, than the motor frequency. For example, during engine operation, the electric motor has a rotational frequency or motor frequency of about 1 kHz. The measuring frequency is suitably determinable in a wide frequency range, for example between 350 kHz and 800 kHz. For example, the measurement frequency is set to approximately 550 kHz. Thus, the RF current ripple of the output signal is reliably distinguishable from the load or motor current.

Zur Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) des Elektromotors ist es in einer geeigneten Weiterbildung vorgesehen, dass die Messfrequenz im Betrieb eines Elektromotors alternierend zwischen mehreren Frequenzwerten umgeschaltet wird. Die Messfrequenz ist über einen weiten Frequenzbereich wählbar, in welchem die Amplitude der Stromwelligkeit des Ausgangssignals, also der Amplitudenunterschied zwischen den beiden Kommutierungszuständen, etwa konstant ist. Durch den Wechsel der Frequenzwerte der Messfrequenz ist es daher möglich, ohne wesentliche Beeinflussung der Stromwelligkeit des Ausgangssignals, zur Verbesserung der EMV des Elektromotors umzuschalten.To improve the electromagnetic compatibility (EMC) of the electric motor, it is provided in a suitable development that the measuring frequency during operation of an electric motor is alternately switched between a plurality of frequency values. The measurement frequency can be selected over a wide frequency range, in which the amplitude of the current ripple of the output signal, that is the amplitude difference between the two commutation states, is approximately constant. By changing the frequency values of the measurement frequency, it is therefore possible to switch without significantly influencing the current ripple of the output signal to improve the EMC of the electric motor.

In einer möglichen Weiterbildungsform ist es beispielsweise denkbar, dass zwischen drei oder vier Frequenzwerten zeitlich getaktet und/oder anhand einer Anzahl von Motorumdrehungen umgeschaltet wird.In a possible further development form, it is conceivable, for example, that clocked between three or four frequency values and / or switched over based on a number of engine revolutions.

In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird das Eingangssignal als eine Folge von Messimpulsen erzeugt. Mit anderen Worten ist das Eingangssignal beispielsweise als eine Bitfolge von einzelnen, pulsweitenmodulierten Messimpulsen ausgeführt. Dadurch ist ein besonders geeignetes Verfahren zur Erfassung der Rotationsgröße realisiert.In one possible embodiment of the method, the input signal is generated as a sequence of measurement pulses. In other words, the input signal is embodied, for example, as a bit sequence of individual pulse-width-modulated measurement pulses. As a result, a particularly suitable method for detecting the rotational variable is realized.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur Erfassung der Rotationsgröße des drehbar gelagerten Rotors des mechanisch kommutierten Elektromotors geeignet und eingerichtet. Die Vorrichtung weist hierzu eine Messschaltung auf, die einen kapazitiv an eines der Bürstenelemente gekoppelten Signalgenerator zur Erzeugung des Eingangssignals und eine kapazitiv an das andere Bürstenelement gekoppelte Auswerteeinheit zur Auswertung des Ausgangssignals aufweist. Die Messschaltung weist weiterhin einen Controller, also ein Steuergerät, auf, welcher/s zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens geeignet und eingerichtet ist.The device according to the invention is suitable and arranged for detecting the rotational size of the rotatably mounted rotor of the mechanically commutated electric motor. For this purpose, the device has a measuring circuit which has a signal generator capacitively coupled to one of the brush elements for generating the input signal and an evaluation unit capacitively coupled to the other brush element for evaluating the output signal. The measuring circuit furthermore has a controller, that is to say a control unit, which is suitable and arranged for carrying out the method described above.

Der Controller ist hierbei allgemein programm- und/oder schaltungstechnisch zur Durchführung des vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Der Controller ist somit konkret dazu eingerichtet, mittels des Signalgenerators ein oszillierendes Eingangssignal mit einer Messfrequenz zu erzeugen, und anhand der HF-Stromwelligkeit des Ausgangssignals mittels der Auswerteeinheit die Rotationsgröße zu bestimmen.In this case, the controller is generally set up in terms of program and / or circuit technology for carrying out the method according to the invention described above. The controller is thus concretely configured to generate an oscillating input signal with a measuring frequency by means of the signal generator, and to determine the rotational variable by means of the evaluation unit on the basis of the HF current ripple of the output signal.

In bevorzugter Ausgestaltung ist der Controller zumindest im Kern durch einen Microcontroller mit einem Prozessor und mit einem Datenspeicher gebildet, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer Betriebssoftware (Firmware) programmtechnisch implementiert ist, sodass das Verfahren - gegebenenfalls in Interaktion mit einem Kraftfahrzeugnutzer - bei Ausführung der Betriebssoftware in dem Microcontroller automatisch durchgeführt wird.In a preferred embodiment, the controller is formed at least in the core by a microcontroller with a processor and a data memory in which the functionality for implementing the method according to the invention in the form of operating software (firmware) is implemented by programming, so that the process - optionally in interaction with a Motor vehicle user - is performed automatically when running the operating software in the microcontroller.

Der Controller kann im Rahmen der Erfindung alternativ aber auch durch ein nicht programmierbares elektronisches Bauteil, z.B. einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), gebildet sein, in dem die Funktionalität zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit schaltungstechnischen Mitteln implementiert ist.Alternatively, the controller may be provided by a non-programmable electronic component, e.g. an application-specific circuit (ASIC), in which the functionality for carrying out the method according to the invention is implemented by means of circuitry.

In einer möglichen Ausführungsform ist es beispielsweise denkbar, dass der Controller Teil einer den Elektromotor steuernden und/oder regelnden Motorelektronik ist.In one possible embodiment, it is conceivable, for example, that the controller is part of an engine electronics that controls and / or regulates the electric motor.

Durch die kapazitive Kopplung des Signalgenerators und der Auswerteeinheit an den Motorstrompfads wird sichergestellt, dass der Wechselstrom des Eingangs- bzw. Ausgangssignals zuverlässig von dem Last- bzw. Motorstrom entkoppelt ist. Die kapazitive Kopplung ist hierbei vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die vergleichsweise hochfrequenten Wechselströme des Eingangs- und Ausgangssignals im Wesentlichen ungehindert passieren können, und der Gleichstrom des Last- bzw. Motorstroms zuverlässig und betriebssicher blockiert wird. Somit wird sichergestellt, dass von der Auswerteeinheit lediglich das Ausgangssignal erfasst wird. Dadurch wird die Bestimmung der Rotationsgröße verbessert.The capacitive coupling of the signal generator and the evaluation unit to the motor current paths ensures that the alternating current of the input or output signal is reliably decoupled from the load or motor current. In this case, the capacitive coupling is preferably designed such that the comparatively high-frequency alternating currents of the input and output signals are substantially unhindered can happen, and the direct current of the load or motor current is reliably and reliably blocked. This ensures that only the output signal is detected by the evaluation unit. This improves the determination of the rotation quantity.

In einer geeigneten Ausbildung ist ein Funkentstörpfad mit einer Kapazität zur Reduzierung von Störungen parallel zum Motorstrompfad geschaltet. Zweckmäßigerweise ist die Messschaltung im Bereich des somit gebildeten Parallelschwingkreises verschaltet. In einer bevorzugten Ausführung ist die Messschaltung hierbei mittels einer Gleichstromentkopplung von einem an die Bürstenelemente geführten Gleichstromkreis des Elektromotors signaltechnisch entkoppelt. Durch die Gleichstromentkopplung wird verhindert, dass der Wechselstrom des Eingangs- bzw. Ausgangssignals in den Gleichstromkreis des Elektromotors eingekoppelt wird. Mit anderen Worten ist der elektrische Wechselstrom des Eingangs- und Ausgangssignals auf die Messschaltung, und somit den Motorstrompfad sowie den Funkentstörpfad schaltungstechnisch beschränkt.In a suitable embodiment, a radio interference path with a capacity for reducing noise is connected in parallel with the motor current path. Conveniently, the measuring circuit is connected in the region of the parallel resonant circuit thus formed. In a preferred embodiment, the measuring circuit is decoupled by means of a DC decoupling from a guided to the brush elements DC circuit of the electric motor signal technically. The DC decoupling prevents the AC of the input or output signal is coupled into the DC circuit of the electric motor. In other words, the electrical alternating current of the input and output signals to the measuring circuit, and thus the motor current path and the radio interference suppression path is limited in terms of circuitry.

In einer geeigneten Ausgestaltung ist die Gleichstromentkopplung als eine Längsdrossel ausgeführt, welche eine Sperrwirkung im Bereich der Messfrequenz des Eingangssignals aufweist. Mit anderen Worten ist durch die Längsdrossel ein Frequenzfilter gebildet, welcher den gleichstromartigen Motor- oder Laststrom im Wesentlichen ungedämpft passieren lässt und welcher für hochfrequente Stromanteile, insbesondere im Bereich der Messfrequenz des Eingangs- und Ausgangssignals, zuverlässig dämpft.In a suitable embodiment, the DC decoupling is designed as a longitudinal throttle, which has a blocking effect in the range of the measuring frequency of the input signal. In other words, a frequency filter is formed by the longitudinal throttle, which can pass through the DC motor or load current substantially unattenuated and which reliably attenuates high-frequency current components, in particular in the range of the measurement frequency of the input and output signal.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen in vereinfachten und schematischen Darstellungen:

1 einen Verstellantrieb eines Kraftfahrzeugfensters mit einem mechanisch kommutierten Elektromotor,
2 ausschnittsweise den Elektromotor mit einem Rotor und mit einem Stator,
3 eine Vorrichtung zur Erfassung einer Rotationsgröße des Rotors, und
4 ein Frequenz-Amplituden-Diagramm der Vorrichtung.

Hereinafter, an embodiment of the invention is explained in detail with reference to a drawing. In it show in simplified and schematic representations:

1 an adjustment drive of a motor vehicle window with a mechanically commutated electric motor,
2 detail the electric motor with a rotor and a stator,
3 a device for detecting a rotational quantity of the rotor, and
4 a frequency-amplitude diagram of the device.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.

In der 1 ist in schematischer und vereinfachter Darstellung ein elektrischer Fensterheber 2 mit einer verfahrbaren Fensterscheibe als Verstellteil 4 dargestellt. Der Fensterheber 2 ist hierbei geeigneterweise in einer Fahrzeugtür 6 eines Kraftfahrzeugs integriert. Das Verstellteil 4 wird mittels eines elektromotorischen Verstellantriebs 8 entlang eines Verstellweges 10 verstellt.In the 1 is a schematic and simplified representation of an electric window 2 with a movable window pane as adjustment part 4 shown. The window regulator 2 is suitably in a vehicle door 6 a motor vehicle integrated. The adjustment part 4 is by means of an electric motor adjustment 8th along an adjustment path 10 adjusted.

Der Verstellantrieb 8 weist einen Elektromotor 12, welcher wellenseitig mit einem Schneckengetriebe 14 zusammen wirkt, auf. Durch das Schneckengetriebe 14 wird eine Rotationsbewegung des Elektromotors 12 in eine Translationsbewegung des Verstellteils 4 umgewandelt. Der Elektromotor 12 wird von einer Motorelektronik 16 mit elektrischer Energie versorgt, sobald ein Benutzer des Kraftfahrzeugs eine Verstellbewegung des Verstellteils 4 entlang des Verstellwegs 10 mittels einer Betätigung eines Tasters 18 startet.The adjustment drive 8th has an electric motor 12 , which shaft side with a worm gear 14 works together, up. Through the worm gear 14 becomes a rotary motion of the electric motor 12 in a translational movement of the adjustment 4 transformed. The electric motor 12 is powered by an engine electronics 16 supplied with electrical energy, as soon as a user of the motor vehicle an adjustment of the adjustment 4 along the adjustment path 10 by pressing a button 18 starts.

In der perspektivischen Darstellung der 2 ist ausschnittsweise der Elektromotor 12 dargestellt, welcher in diesem Ausführungsbeispiel als ein Innenläufer ausgeführt ist. Der Elektromotor 12 weist einen Stator 20 mit einer Anzahl von Permanentmagneten 22 auf, von denen in der 2 beispielhaft zwei dargestellt sind. Die Permanentmagneten 22 des Stators 20 werden hierbei mittels eines nicht näher dargestellten (Stator-)Blechpakets in Position gehalten. Innerhalb des feststehenden Stators 20 ist ein Anker 24 mit einem Rotor 26 und mit einer Rotorwelle 28 angeordnet, an welcher ein nicht gezeigtes Schneckenrad des Schneckengetriebes 14 befestigt ist.In the perspective view of 2 is part of the electric motor 12 shown, which is designed in this embodiment as an inner rotor. The electric motor 12 has a stator 20 with a number of permanent magnets 22 of which in the 2 two are shown by way of example. The permanent magnets 22 of the stator 20 are held in position by means of a (stator) laminated core not shown. Inside the stationary stator 20 is an anchor 24 with a rotor 26 and with a rotor shaft 28 arranged on which a not shown worm wheel of the worm gear 14 is attached.

Der Rotor 26 ist mit einer Elektromagnetenstruktur 30 mit einer Anzahl von die jeweiligen Elektromagneten bildenden Spulenwicklungen (Rotorwicklungen, Ankerwicklungen) 32 versehen. Jede der Spulenwicklungen 32 ist als eine Spule um ein auf der Rotorwelle 28 befestigtes (Rotor-)Blechpaket 34 gewickelt und mit zwei Kommutatorlamellen 36 eines Kommutators 38 elektrisch kontaktiert. Der Kommutator 38 ist drehfest an der Rotorwelle 28 befestigt. Die Kommutatorlamellen 36 unterscheiden sich hierbei lediglich aufgrund deren Anordnung bezüglich der Rotorwelle 28, wobei die Kommutatorlamellen 36 jeweils um einen konstanten Winkel zueinander versetzt am Kommutator 38 angeordnet sind.The rotor 26 is with an electromagnet structure 30 with a number of the respective electromagnets forming coil windings (rotor windings, armature windings) 32 is provided. Each of the coil windings 32 is as a coil around one on the rotor shaft 28 fixed (rotor) laminated core 34 wound and with two commutator bars 36 a commutator 38 electrically contacted. The commutator 38 is non-rotatable on the rotor shaft 28 attached. The commutator bars 36 differ only because of their arrangement with respect to the rotor shaft 28 , wherein the commutator blades 36 each offset by a constant angle to each other at the commutator 38 are arranged.

Der Kommutator 38 ist mit zwei (Kohle-)Bürsten oder Bürstenelementen 40 elektrisch kontaktiert. Im Betrieb des Elektromotors 12 streichen die Bürstenelemente 40 über die Kommutatorlamellen 36 mittels eines elektrisch leitfähigen Gleit- oder Schleifkontakts. Die Bürstenelemente 40 sind hierbei mittels jeweils einer Leitung 42 mit der Motorelektronik 16 elektrisch kontaktiert. Die Motorelektronik 16 umfasst eine Vorrichtung 44 mit einem Controller 46 zur Erfassung einer Rotationsgröße des Rotors 26.The commutator 38 is with two (carbon) brushes or brush elements 40 electrically contacted. During operation of the electric motor 12 brush the brush elements 40 over the commutator bars 36 by means of an electrically conductive sliding or sliding contact. The brush elements 40 are here by means of one line 42 with the engine electronics 16 electrically contacted. The engine electronics 16 includes a device 44 with a controller 46 for detecting a rotation amount of the rotor 26 ,

Nachfolgend ist anhand der 3 und 4 die Vorrichtung 44 sowie ein von der Vorrichtung 44 durchgeführtes Verfahren zur Erfassung der Rotationsgröße näher beschrieben.The following is based on the 3 and 4 the device 44 as well as one of the device 44 described method for detecting the rotation size described in more detail.

Die Motorelektronik 16 des mechanisch kommutierten Elektromotors 12 weist einen Gleichstromkreis 48 auf, welcher mittels der Leitungen 42 an die Bürstenelemente 40 geführt ist. Der Gleichstromkreis weist einen nicht näher dargestellten DC-DC-Wandler auf, mittels welchem eine elektrische Versorgungsspannung eines Kraftfahrzeug-Bordnetzes in eine Betriebsspannung bzw. in einen Betriebsstrom gewandelt wird. Hierzu weist der Gleichstromkreis 48 zwei Halbbrücken 50 auf, welche an die Vorrichtung 44 angeschlossen sind.The engine electronics 16 of the mechanically commutated electric motor 12 has a DC circuit 48 on, which by means of the lines 42 to the brush elements 40 is guided. The DC circuit has a DC-DC converter, not shown, by means of which an electrical supply voltage of a motor vehicle electrical system is converted into an operating voltage or in an operating current. For this purpose, the DC circuit 48 two half-bridges 50 on which to the device 44 are connected.

Wie in der schematischen Darstellung der 4 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, ist zwischen den beiden Bürstenelementen 40 des Elektromotors 12 ein Motorstrompfad 52 gebildet. Der Motorstrompfad 52 ist hierbei über von den Bürstenelementen 40 kontaktierten Kommutatorlamellen 36 und mit diesen elektrisch leitend verbundenen Spulenwicklungen 32 geführt.As in the schematic representation of 4 is comparatively clear, is between the two brush elements 40 of the electric motor 12 a motor current path 52 educated. The motor current path 52 is over here by the brush elements 40 contacted commutator bars 36 and with these electrically conductive coil windings 32 guided.

Der Motorstrompfad 52 weist bürstenseitig jeweils eine Motordrossel 54 auf. Bei einer Drehung des Ankers 24 bzw. des Rotors 26 bezüglich des Stators 20 streichen die Bürstenelemente 40 entlang der Kommutatorlamellen 36. Hierbei treten im Wesentlichen zwei unterschiedliche Kommutatorzustände auf.The motor current path 52 has brush side each a motor choke 54 on. With a rotation of the anchor 24 or the rotor 26 with respect to the stator 20 brush the brush elements 40 along the commutator bars 36 , In this case, essentially two different commutator states occur.

Bei einem ersten Kommutatorzustand sind die beiden Bürstenelemente 40 jeweils mit zweien der Kommutatorlamellen 36 elektrisch kontaktiert, sodass hierdurch zwei der Spulen bzw. Spulenwicklungen 32 der Elektromagnetenstruktur 30 bestromt werden. Die Spulenwicklungen 32 sind hierbei zueinander parallel geschaltet. Insbesondere wird hierdurch eine Spulenwicklung 32 mittels eines Bürstenelements 40 elektrisch kurzgeschlossen. Dies bewirkt eine Stromerhöhung über den normalen Stromwert des Last- oder Motorstroms des Gleichstromkreises 48.In a first commutator state, the two brush elements 40 each with two of the commutator blades 36 electrically contacted, so that thereby two of the coils or coil windings 32 the electromagnet structure 30 be energized. The coil windings 32 are connected in parallel to each other. In particular, this is a coil winding 32 by means of a brush element 40 electrically shorted. This causes a current increase over the normal current value of the load or motor current of the DC circuit 48 ,

Sobald die Bürstenelemente 40 jeweils nur mit einer der Kommutatorlamellen 36 elektrisch kontaktiert sind, tritt ein zweiter Kommutatorzustand auf, welcher durch einen niedrigeren Stromwert charakterisiert ist. Dies bedeutet, dass der Motorstrompfad 52 im Wesentlichen einen veränderlichen ohmschen Ankerwiderstand 56 sowie eine sich ändernde Induktivität aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von kontaktierten Spulenwicklungen 32 aufweist.Once the brush elements 40 in each case only with one of the commutator blades 36 electrically contacted, a second Kommutatorzustand occurs, which is characterized by a lower current value. This means that the motor current path 52 essentially a variable ohmic armature resistance 56 and a changing inductance due to the different number of contacted coil windings 32 having.

Den Motorstrompfad 52 ist ein Funkentstörpfad 58 mit einem Widerstand 60 und mit einer Kapazität 62 parallel geschaltet. Die dadurch realisierte Funkentstörschaltung dient der Unterdrückung von Störsignalen, welche aufgrund des Motorbetriebs auftreten können. Wie in der Darstellung der 3 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, wird durch die Parallelschaltung des Motorstrompfads 52 und des Funkentstörpfads 58 ein elektrischer Parallelschwingkreis 64 gebildet. Insbesondere aufgrund des sich ändernden Induktivitätswerts des Motorstrompfads 52 weist der Parallelschwingkreis 64 im Wesentlichen zwei Resonanzfrequenzen 66 und 68 auf, welche zu den zwei Kommutatorzuständen des Elektromotors 12 korrespondieren.The motor current path 52 is a radio interference path 58 with a resistance 60 and with a capacity 62 connected in parallel. The Funkststörschaltung thus realized is used to suppress interference signals that may occur due to the engine operation. As in the presentation of 3 is comparatively clear, is due to the parallel connection of the motor current path 52 and the radio interference path 58 an electrical parallel resonant circuit 64 educated. In particular due to the changing inductance value of the motor current path 52 has the parallel resonant circuit 64 essentially two resonance frequencies 66 and 68 on which to the two commutator states of the electric motor 12 correspond.

Die Vorrichtung 44 weist eine Messschaltung 70 auf, welche mittels zweier Gleichstromentkopplungen (DC-Entkopplungen) 72 an jeweils eine der Halbbrücken 50 angeschlossen ist. Die Gleichstromentkopplung 72 ist hierbei insbesondere als jeweils eine Längsdrossel ausgeführt. Die Vorrichtung 44 weist weiterhin einen Signalgenerator 74 auf, welcher mittels eines Kondensators 76 an eine der Leitungen 42 zwischen der Gleichstromentkopplung 72 und dem Parallelschwingkreis 64 verschaltet ist. An die andere Leitung 42 ist zwischen der Parallelschaltung 64 und der Gleichstromentkopplung 72 eine Auswerteeinheit 78 mittels eines Kondensators 80 angeschlossen. Der Signalgenerator 74 sowie die Auswerteeinheit 78 sind hierbei Teil des Controllers 46, oder zumindest von diesem angesteuert. The device 44 has a measuring circuit 70 on, which by means of two DC decoupling (DC decoupling) 72 to one of the half bridges 50 connected. The DC-DC coupling 72 is here in particular designed as a respective longitudinal throttle. The device 44 also has a signal generator 74 on, which by means of a capacitor 76 to one of the lines 42 between the DC-DC coupling 72 and the parallel resonant circuit 64 is interconnected. To the other line 42 is between the parallel connection 64 and the DC-DC coupling 72 an evaluation unit 78 by means of a capacitor 80 connected. The signal generator 74 as well as the evaluation unit 78 are part of the controller 46 , or at least driven by this.

Verfahrensgemäß erzeugt der Signalgenerator 74 im Betrieb ein oszillierendes Eingangssignal 82. Das Eingangssignal 82 ist hierbei insbesondere ein im Wesentlichen sinusförmiges Wechselstromsignal mit einer Messfrequenz 84. Das Eingangssignal 82 wird über den Kondensator 76 in die Leitung 42 eingespeist. Dies bedeutet, dass das Eingangssignal 82 als ein Ankerstromsignal in den Parallelschwingkreis 64 eingespeist wird. Der Signalgenerator 74 ist somit eine zusätzliche oder alternative Stromquelle neben dem Gleichstromkreis 48.According to the method, the signal generator generates 74 an oscillating input signal during operation 82 , The input signal 82 Here, in particular, is a substantially sinusoidal AC signal with a measurement frequency 84 , The input signal 82 is over the capacitor 76 into the pipe 42 fed. This means that the input signal 82 as an armature current signal in the parallel resonant circuit 64 is fed. The signal generator 74 is thus an additional or alternative power source in addition to the DC circuit 48 ,

Mittels des Gleichstromkreises 48 wird im Betrieb des Elektromotors 12 ein gleichstromartiger Last- bzw. Motorstrom zum Antrieb des Ankers 24 bzw. des Rotors 26 eingespeist. Dieser Last- oder Motorstrom wird mit dem Eingangssignal 82 addiert und in den Parallelschwingkreis 64 eingespeist. Dem Last- oder Motorstrom wird hierbei insbesondere aufgrund des sich bei der Drehung des Rotors 26 verändernden Ankerwiderstands 56 eine Stromwelligkeit aufgeprägt. Diese Stromwelligkeit des Last- oder Motorstroms weist eine sogenannte Rippelfrequenz auf, welche im Wesentlichen der Rotationsfrequenz oder Motorfrequenz des rotierenden Ankers 24 entspricht.By means of the DC circuit 48 is in operation of the electric motor 12 a DC-like load or motor current for driving the armature 24 or the rotor 26 fed. This load or motor current comes with the input signal 82 added and in the parallel resonant circuit 64 fed. The load or motor current is in this case due in particular to the rotation of the rotor 26 changing armature resistance 56 imparted a current ripple. This current ripple of the load or motor current has a so-called ripple frequency, which essentially corresponds to the rotational frequency or motor frequency of the rotating armature 24 equivalent.

Gleichzeitig wird dem wechselstromartigen Eingangssignal, insbesondere aufgrund des sich verändernden Induktivitiätswerts des Motorstrompfads 52, und der daraus resultierenden unterschiedlichen Resonanzfrequenzen 66,68, ebenso eine Stromwelligkeit aufgeprägt. Durch die kapazitive Kopplung mittels des Kondensators 80 wird jedoch lediglich das modulierte Eingangssignal als Ausgangssignal 86 zur Auswerteeinheit 78 geführt. Aufgrund des als zusätzliche Stromquelle wirkenden Signalgenerators 74 ist die Erzeugung des Ausgangssignals 86 unabhängig von dem Last- oder Motorstrom des Elektromotors 12. Insbesondere ist es somit möglich, dass ein Eingangssignal 82 in den Parallelschwingkreis 64 eingespeist wird, auch wenn sich der Elektromotor 12 in einem Stillstand befindet, bei welchem kein Motorstrom fließt.At the same time, the AC input signal, in particular due to the changing Induktivitiätswerts the motor current path 52 , And the resulting different resonant frequencies 66,68, also imprinted a current ripple. Through the capacitive coupling by means of the capacitor 80 however, only the modulated input signal will be output 86 to the evaluation unit 78 guided. Due to the signal generator acting as an additional power source 74 is the generation of the output signal 86 independent of the load or motor current of the electric motor 12 , In particular, it is thus possible that an input signal 82 in the parallel resonant circuit 64 is fed, even if the electric motor 12 is at a standstill at which no motor current flows.

In der 4 ist ein Frequenz-Amplituden-Diagramm dargestellt. Entlang der horizontalen Abszissenachse (X-Achse) ist eine Signalfrequenz f aufgetragen. Entlang der vertikalen Ordinatenachse (Y-Achse) ist eine entsprechende Signalamplitude A des Ausgangssignals 86 aufgetragen. In dem Diagramm der 4 sind zwei Signalverläufe dargestellt, welche die zwei Kommutierungszustände repräsentieren, und nachfolgend auch anhand der jeweiligen Resonanzfrequenz 66 bzw. 68 bezeichnet sind.In the 4 a frequency-amplitude diagram is shown. Along the horizontal axis of abscissa (X-axis) is a signal frequency f applied. Along the vertical ordinate axis (Y-axis) is a corresponding signal amplitude A the output signal 86 applied. In the diagram of 4 two signal curves are shown, which represent the two commutation states, and subsequently also on the basis of the respective resonance frequency 66 respectively. 68 are designated.

Die Signalverläufe 66 und 68 weisen im Wesentlichen vergleichbare Kurvenverläufe auf. Bei niedrigen Signalfrequenzen des Eingangssignals 82 weist das jeweilige Ausgangssignal 86 der Signalverläufe 66 und 68 eine geringe Signalamplitude A auf, da die kapazitive Ankopplung des Signalgenerators 74 mittels des Kondensators 76 und der Auswerteeinheit 78 mittels des Kondensators 80 eine effektive Signalübertragung erschweren.The waveforms 66 and 68 have substantially comparable curves. At low signal frequencies of the input signal 82 indicates the respective output signal 86 the waveforms 66 and 68 a low signal amplitude A because of the capacitive coupling of the signal generator 74 by means of the capacitor 76 and the evaluation unit 78 by means of the capacitor 80 make effective signal transmission difficult.

Mit zunehmender Signalfrequenz erreichen die Signalverläufe 66 und 68 ein erstes Signalmaximum 88, welches im Wesentlichen einer Hochpasswirkung der Kondensatoren 76 und 80 entspricht. Für weiter zunehmende Signalfrequenzen des Eingangssignals 82 wird die Signalamplitude A des Ausgangssignals 86 reduziert, bis ein Signalminimum 90 erreicht ist. Das Signalminimum 90 tritt hierbei bei der jeweiligen Resonanzfrequenz 66,68 des Parallelschwingkreises 64 des Motorstrompfads 52 und der Funkentstörung 58 auf.With increasing signal frequency, the signal characteristics reach 66 and 68 a first signal maximum 88 which is essentially a high-pass effect of the capacitors 76 and 80 equivalent. For further increasing signal frequencies of the input signal 82 becomes the signal amplitude A the output signal 86 reduced until a signal minimum 90 is reached. The signal minimum 90 occurs here at the respective resonance frequency 66 . 68 of the parallel resonant circuit 64 of the motor current path 52 and the radio interference suppression 58 on.

Für höhere Signalfrequenzen des Eingangssignals 82 nehmen die Signalamplituden A der Ausgangssignale 86 kontinuierlich zu, bis ein zweites Signalmaximum 92 erreicht ist. Das Signalmaximum 92 entspricht hierbei einem Resonanzfall der Vorrichtung 44, also des kombinierten Systems aus Motorstrompfad 52 und des Funkentstörpfads 58 sowie den Längsdrosseln der Gleichstromentkopplung 72.For higher signal frequencies of the input signal 82 take the signal amplitudes A the output signals 86 continuously closed until a second signal maximum 92 is reached. The signal maximum 92 corresponds to a case of resonance of the device 44 , so the combined system of motor current path 52 and the radio interference path 58 and the longitudinal reactors of the DC-DC coupling 72 ,

Wie in der Darstellung der 4 vergleichsweise deutlich ersichtlich ist, weisen die Signalverläufe 66 und 68 in dem Frequenzbereich zwischen dem Signalminimum 90 und dem Signalmaximum 92 einen im Wesentlichen konstanten Signalabstand d auf. Dieser Signalabstand d entspricht im Wesentlichen dem Amplitudenunterschied der Ausgangssignale 86 bei einer Anregung des ersten und zweiten Kommutatorzustands.As in the presentation of 4 is comparatively clear, have the waveforms 66 and 68 in the frequency range between the signal minimum 90 and the signal maximum 92 a substantially constant signal spacing d on. This signal distance d essentially corresponds to the amplitude difference of the output signals 86 upon excitation of the first and second commutator states.

Zur Erfassung der Rotationsgröße, insbesondere der Rotorposition und/oder der Rotordrehzahl, wird mittels der Auswerteeinheit 78 der Signalabstand d überwacht. Mit anderen Worten erfasst die Auswerteeinheit 78 eine relative Amplitudenänderung des Ausgangssignals 86.For detecting the rotational variable, in particular the rotor position and / or the rotor speed, by means of the evaluation unit 78 the signal distance d supervised. In other words, the evaluation unit detects 78 a relative amplitude change of the output signal 86 ,

In einer geeigneten Dimensionierung rotiert der Anker 24 bzw. der Rotor 26 im Motorbetrieb mit einer Drehfrequenz von etwa 1 kHz. Die Koppelkondensatoren 76 und 80 sind hierbei derart dimensioniert, dass das erste Signalmaximum 88 ungefähr zwischen 150 kHz und 200 kHz auftritt. Das Signalminimum tritt hierbei geeigneterweise etwa bei 350 kHz auf, wobei das Signalmaximum 92 etwa bei 650 kHz auftritt. Die Messfrequenz 84 zur Erzeugung des Eingangssignals 82 wird hierbei geeigneterweise aus dem Frequenzbereich zwischen dem Signalminimum 90 und dem Signalmaximum 92 gewählt. Geeigneterweise wird hierbei eine Signalfrequenz f gewählt, bei welcher der Signalabstand d einen maximalen Wert aufweist. Dies bedeutet, dass das Eingangssignal 82 bzw. das Ausgangssignal 86 eine Messfrequenz 84 aufweisen, welche sich wesentlich von der durch die Kommutierung erzeugten Frequenz der Stromwelligkeit unterscheidet.The anchor rotates in a suitable dimensioning 24 or the rotor 26 in motor mode with a rotation frequency of about 1 kHz. The coupling capacitors 76 and 80 are in this case dimensioned such that the first signal maximum 88 approximately between 150 kHz and 200 kHz occurs. The signal minimum occurs suitably approximately at 350 kHz, the signal maximum 92 occurs at about 650 kHz. The measuring frequency 84 for generating the input signal 82 is suitably from the frequency range between the signal minimum 90 and the signal maximum 92 selected. Suitably, this is a signal frequency f chosen, at which the signal distance d has a maximum value. This means that the input signal 82 or the output signal 86 a measuring frequency 84 which differs substantially from the frequency of the current ripple generated by the commutation.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.The invention is not limited to the embodiment described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiment can also be combined with each other in other ways, without departing from the subject matter of the invention.

So ist es beispielsweise denkbar, dass das Eingangssignal 82 nicht als ein kontinuierliches Sinussignal mit der Messfrequenz 84 erzeugt wird, sondern stattdessen eine Bitfolge von pulsweitenmodulierten Messimpulsen, wobei jeder Messimpuls eine Sinusschwingung mit der Messfrequenz 84 aufweist. Zusätzlich oder alternativ ist es beispielsweise ebenso denkbar, dass die Messfrequenz 84 zwischen mehreren Frequenzwerten umgeschaltet wird. Hierbei ist es beispielsweise möglich, dass das Eingangssignal periodisch zwischen mehrere Messfrequenzen 84, beispielsweise zwischen vier unterschiedlichen Messfrequenzwerten, umgeschaltet wird. Dadurch ist ein besonders geeigneter Motorbetrieb hinsichtlich EMV-Anforderungen realisiert.For example, it is conceivable that the input signal 82 not as a continuous sinusoidal signal with the measurement frequency 84 Instead, a bit sequence of pulse width modulated measurement pulses, wherein each measurement pulse sinusoidal oscillation with the measurement frequency 84 having. Additionally or alternatively, it is also conceivable, for example, that the measuring frequency 84 is switched between several frequency values. In this case, it is possible, for example, for the input signal to be periodic between a plurality of measurement frequencies 84 , For example, between four different measurement frequency values, is switched. As a result, a particularly suitable engine operation with respect to EMC requirements is realized.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

22: Fensterheberpower windows
44: Verstellteiladjusting part
66: Fahrzeugtürvehicle door
88th: Verstellantriebadjustment
1010: VersellwegVersellweg
1212: Elektromotorelectric motor
1414: Schneckengetriebeworm gear
1616: Motorelektronikengine electronics
1818: Tasterbutton
2020: Statorstator
2222: Permanentmagnetpermanent magnet
2424: Ankeranchor
2626: Rotorrotor
2828: Rotorwellerotor shaft
3030: ElektromagnetenstrukturElectromagnetic structure
3232: Spulenwicklungcoil winding
3434: Blechpaketlaminated core
3636: Kommutatorlamellecommutator
3838: Kommutatorcommutator
4040: Bürstenelementbrush element
4242: Leitungmanagement
4444: Vorrichtungcontraption
4646: Controllercontroller
4848: GleichstromkreisDC circuit
5050: Halbbrückehalf bridge
5252: MotorstrompfadMotor current path
5454: Motordrosselthrottle
5656: Ankerwiderstandarmature resistance
5858: FunkentstörpfadFunkentstörpfad
6060: Widerstandresistance
6262: Kapazitätcapacity
6464: ParallelschwingkreisParallel resonant circuit
6666: Resonanzfrequenzresonant frequency
6868: Resonanzfrequenzresonant frequency
7070: Messschaltungmeasuring circuit
7272: GleichstromentkopplungDC decoupling
7474: Signalgeneratorsignal generator
7676: Kondensatorcapacitor
7878: Auswerteeinheitevaluation
8080: Kondensatorcapacitor
8282: Eingangssignalinput
8484: Messfrequenzmeasuring frequency
8686: Ausgangssignaloutput
8888: Signalmaximumsignal maximum
9090: Signalminimumsignal minimum
9292: zweites Signalmaximum second signal maximum
AA: Signalamplitudesignal amplitude
dd: Signalabstandsignal distance
ff: Signalfrequenzsignal frequency

Claims

Method for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor (26) of a mechanically commutated electric motor (12), comprising a motor current path (52) formed between two brush elements (40) of the electric motor (12), which is guided via commutator blades (36) contacted by the brush elements (40) and coil windings (32) of the rotor (26) electrically connected thereto, - wherein an oscillating input signal (82) is fed into the motor current path (52), and - Wherein based on a by the mechanical commutation of the motor path (52) conditional current ripple of a resulting output signal (86), the rotation size is determined.

Method according to Claim 1 characterized in that a radio interference path (58) having a capacitance (62) is connected in parallel with the motor current path (52), the oscillating input signal (82) being fed to the parallel circuit of the motor current path (52) and the radio interference suppression path (58).

Method according to Claim 1 or 2 characterized in that the oscillating input signal (82) is generated at a measurement frequency (84) at which the amplitude (A) of the current ripple of the output signal (86) is greatest.

Method according to Claim 3 , characterized in that the measuring frequency (84) during operation of the electric motor (12) is alternately switched between a plurality of frequency values.

Method according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the input signal (82) is generated as a sequence of measurement pulses.

Device (44) for detecting a rotational variable of a rotatably mounted rotor (26) of a mechanically commutated electric motor (12), comprising a motor current path (52) formed between two brush elements (40) of the electric motor (12), which is guided via commutator blades (36) contacted by the brush elements (40) and coil windings (32) of the rotor (26) which are electrically connected thereto; - A measuring circuit (70) which capacitively coupled to one of the brush elements (40) signal generator (74) for generating an input signal (82) and a capacitive to the other brush element (40) coupled evaluation unit (78) for evaluating an output signal (86 ) and a controller (46) for performing a method according to one of Claims 1 to 5 having.

Device (44) according to Claim 6 , characterized in that the motor current path (52) a Funkentstörpfad (58) having a capacity (62) is connected in parallel.

Device (44) according to Claim 6 or 7 , characterized in that the measuring circuit (70) by means of a Gleichstromentkopplung (72) from a to the brush elements (40) guided DC circuit of the electric motor (12) is signal-wise decoupled.

Device (44) according to Claim 8 , characterized in that the Gleichstromentkopplung (72) has a longitudinal throttle with blocking effect in the range of a measuring frequency (84) of the input signal (82).