DE102021206870A1

DE102021206870A1 - Method for determining a speed of a rotary device and device for carrying out the method

Info

Publication number: DE102021206870A1
Application number: DE102021206870.7A
Authority: DE
Inventors: Jacek Wiszniewski; Kamil Pogorzelski
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-06-30
Filing date: 2021-06-30
Publication date: 2023-01-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl einer Drehvorrichtung (12) mit einem Stator (36) und einem sich relativ zum Stator (36) drehenden Rotor (22), wobei der Rotor (22) eine gerade Anzahl im Wesentlichen kreisförmig über seinen Umfang verteilter Segmente (46) mit jeweils einem Winkelmaß (WS) aufweist und am Stator (36) eine Mehrzahl von Sensorelementen (32) derart angeordnet ist, dass die Sensorelemente (32) während einer Drehbewegung des Rotors (22) mit den Segmenten (46) zur Erzeugung zeitversetzter Sensorsignale (S1, S2, S3) zusammenwirken. Es wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei Sensorelemente (32) mit einem Winkelversatz (Wv) derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem Winkelversatz (WV) eine Abtastperiode (TV) zwischen zwei Abtastzeitpunkten (tn) der Sensorsignale (S1, S2, S3) resultiert, wobei das Verhältnis aus dem Winkelversatz (Wv) und der Abtastperiode (TV) proportional zu einer Drehzahl (n) der Drehvorrichtung (12) ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens, wobei die Vorrichtung (20) eine Auswerteeinheit (30) zur Berechnung der Drehzahl der Drehvorrichtung (10, 12) aufweist.The invention relates to a method for determining a speed of a rotating device (12) with a stator (36) and a rotor (22) rotating relative to the stator (36), the rotor (22) having an even number of essentially circular shapes over its circumference distributed segments (46), each with an angular dimension (WS), and a plurality of sensor elements (32) are arranged on the stator (36) in such a way that the sensor elements (32) communicate with the segments (46) during a rotary movement of the rotor (22) to generate time-delayed sensor signals (S1, S2, S3). It is proposed that at least two sensor elements (32) be arranged with an angular offset (Wv) relative to one another in such a way that the angular offset (WV) results in a sampling period (TV) between two sampling times (tn) of the sensor signals (S1, S2, S3). , wherein the ratio of the angular displacement (Wv) and the sampling period (TV) is proportional to a speed (n) of the rotary device (12). The invention also relates to a device (20) for carrying out the method, the device (20) having an evaluation unit (30) for calculating the speed of the rotary device (10, 12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl einer Drehvorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method for determining a rotational speed of a rotary device and a device for carrying out the method according to the species of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Zu Erfassung der Drehzahl einer Drehvorrichtung wird herkömmlicherweise in periodischen Abständen eine Umdrehungsdauer einer sich relativ zu einer ersten Komponente drehenden zweiten Komponente der Drehvorrichtung gemessen. Dies kann beispielsweise durch eine Zählung von Impulsen erfolgen, die mittels eines in Segmente aufgeteilten Drehzahlgebers (z.B. die Pole eines Magnetrades) erzeugt werden. Dabei werden die Impulse innerhalb eines definierten Zeitfensters gezählt, um daraus unter Berücksichtigung einer Polpaarzahl der Drehvorrichtung die Drehzahl zu berechnen. Nachteilig bei diesen Ansätzen ist jedoch die relativ grobe Auflösung der Drehzahlerfassung, so dass es mitunter zu starken Verzögerungen bei einem nachfolgenden Steuerungs- oder Regelungsprozess kommen kann. Dies ist insbesondere bei schnellen Drehzahländerungen oder bei sehr langsam drehenden Drehvorrichtungen ein Problem.In order to detect the rotational speed of a rotating device, a period of rotation of a second component of the rotating device rotating relative to a first component is conventionally measured at periodic intervals. This can be done, for example, by counting pulses generated by a speed sensor divided into segments (e.g. the poles of a magnetic wheel). The pulses are counted within a defined time window in order to calculate the speed, taking into account the number of pole pairs of the rotary device. A disadvantage of these approaches, however, is the relatively coarse resolution of the rotational speed detection, so that there can sometimes be severe delays in a subsequent control or regulation process. This is a problem in particular with rapid changes in speed or with rotary devices that rotate very slowly.

Aus der DE 10 2011 078 041 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Drehzahl einer Drehvorrichtung bekannt, wobei die Drehvorrichtung einen Drehzahlgeber aufweist, auf welchem über einen radialen Umfang verteilt Segmente angeordnet sind. Die Drehvorrichtung weist relativ zum Drehzahlgeber einen im Wesentlichen ortsfesten Sensor auf. Das Verfahren sieht ein kontinuierliches Ermitteln von Durchlaufzeiten aller Segmente relativ zum Sensor sowie ein kontinuierliches Ermitteln von Umdrehungszeiten des Drehzahlgebers durch Summieren der Durchlaufzeiten aller Segmente vor, wobei sich die Drehzahl kontinuierlich aus den Umdrehungszeiten ergibt. Die Umdrehungszeiten werden nach jedem Durchlauf eines Segments relativ zum Sensor ermittelt, wobei zur Ermittlung jeder Umdrehungszeit die aktuellsten Durchlaufzeiten aller Segmente verwendet werden.From the DE 10 2011 078 041 A1 a method for determining a speed of a rotating device is known, the rotating device having a speed sensor on which segments are arranged distributed over a radial circumference. The rotary device has an essentially stationary sensor relative to the speed sensor. The method provides for continuous determination of throughput times of all segments relative to the sensor and continuous determination of rotation times of the speed sensor by summing up the throughput times of all segments, with the speed continuously resulting from the rotation times. The rotation times are determined after each passage of a segment relative to the sensor, with the most recent passage times of all segments being used to determine each revolution time.

Aus der WO 2015/069998 A1 ist ferner ein Verfahren zur Reduzierung von Fehlern bei der Drehzahlmessung eines Rotors bekannt. Dazu werden Zeitintervalle für das Durchlaufen der Zähne des Rotors in einem Ringpufferspeicherfeld gespeichert. Die Geschwindigkeit wird durch Extrahieren der Zeit für eine vollständige Umdrehung bestimmt, so dass geometrische Fehler und Asymmetrien des Rotor-Sollwerts keinen Einfluss auf die Geschwindigkeitsbestimmung haben, die die Durchschnittsgeschwindigkeit über die letzte vollständige Umdrehung darstellt.From the WO 2015/069998 A1 a method for reducing errors in the speed measurement of a rotor is also known. For this purpose, time intervals for passing through the teeth of the rotor are stored in a ring buffer memory field. The speed is determined by extracting the time for one complete revolution, so that geometric errors and asymmetries of the rotor set point do not affect the speed determination, which represents the average speed over the last complete revolution.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ermittlung der Drehzahl einer Drehvorrichtung insbesondere für schnelle Drehzahländerungen und/oder sehr langsam drehende Drehvorrichtungen weiter zu verbessern.The object of the invention is to further improve the methods known from the prior art for determining the rotational speed of a rotary device, in particular for rapid changes in rotational speed and/or very slowly rotating rotary devices.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Drehzahl einer Drehvorrichtung mit einem Stator und einem sich relativ zum Stator drehenden Rotor, wobei der Rotor eine gerade Anzahl im Wesentlichen kreisförmig über seinen Umfang verteilter Segmente mit jeweils einem Winkelmaß aufweist und am Stator eine Mehrzahl von Sensorelementen derart angeordnet ist, dass die Sensorelemente während einer Drehbewegung des Rotors mit den Segmenten zur Erzeugung zeitversetzter Sensorsignale zusammenwirken. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass zumindest zwei Sensorelemente mit einem Winkelversatz derart zueinander angeordnet sind, dass aus dem Winkelversatz eine Abtastperiode zwischen zwei Abtastzeitpunkten der Sensorsignale resultiert, wobei das Verhältnis aus dem Winkelversatz und der Abtastperiode proportional zu einer Drehzahl der Drehvorrichtung ist. Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung eine Auswerteeinheit zur Berechnung der Drehzahl der Drehvorrichtung aufweist.The invention relates to a method for determining the rotational speed of a rotary device with a stator and a rotor rotating relative to the stator, the rotor having an even number of segments distributed essentially in a circle over its circumference, each with an angular dimension, and a plurality of sensor elements of this type on the stator is arranged that the sensor elements interact with the segments for generating time-delayed sensor signals during a rotary movement of the rotor. In order to solve the task at hand, it is provided that at least two sensor elements are arranged with an angular offset relative to one another in such a way that the angular offset results in a sampling period between two sampling times of the sensor signals, with the ratio of the angular offset and the sampling period being proportional to a rotational speed of the rotary device. The invention also relates to a device for carrying out the method according to the invention, the device having an evaluation unit for calculating the rotational speed of the rotary device.

Mit besonderem Vorteil erlauben das erfindungsgemäße Verfahren und die zugehörige Vorrichtung eine gegenüber dem Stand der Technik erhöhte Abtastrate der Messung während einer mechanischen Umdrehung des Rotors der Drehvorrichtung. Dies ist insbesondere von Vorteil bei Drehvorrichtungen, deren Statoren ohnehin schon mehrere Sensorelemente beispielsweise zur Ermittlung der Drehrichtung aufweisen. Ein weiterer Vorteil ist, dass bereits eine Teildrehung des Rotors genügt, um die Drehzahl derart zu ermitteln, dass ein Segmentübergang zweier benachbarter Segmente die zumindest zwei im Winkelversatz zueinander angeordneten Sensorelemente passiert. Auf diese Weise kann die Drehzahl unabhängig vom Winkelmaß der einzelnen Segmente ermittelt werden. Somit haben unsymmetrisch oder symmetrisch über den Umfang des Rotors bzw. Signalgebers verteilte Segmente keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Auch kann die Abtastung in beiden Drehrichtungen erfolgen. Das erfindungsgemäße Verfahren reduziert auf diese Weise die systembedingte Verzögerung einer nachgelagerten Regelung deutlich bzw. kann sie ganz vermeiden. Insbesondere in Verbindung mit einer so genannten Kickback-Erkennung bei Bohrmaschinen, Bohrhämmern, Schraubern, etc. kann so die Sicherheit eines Bedieners erhöht werden, weil die Regelung im Falle eines Festklemmens des Einsatzwerkzeugs im Werkstück schneller das Elektrowerkzeug abschalten kann.With particular advantage, the method according to the invention and the associated device allow an increased sampling rate of the measurement compared to the prior art during a mechanical revolution of the rotor of the rotary device. This is particularly advantageous in the case of rotary devices whose stators already have a number of sensor elements, for example for determining the direction of rotation. A further advantage is that a partial rotation of the rotor is already sufficient to determine the rotational speed in such a way that a segment transition of two adjacent segments passes the at least two sensor elements arranged at an angular offset to one another. In this way, the speed can be determined independently of the angle of the individual segments. As a result, segments distributed asymmetrically or symmetrically over the circumference of the rotor or signal generator have no influence on the accuracy of the measurement. The scanning can also take place in both directions of rotation. In this way, the method according to the invention significantly reduces the system-related delay in a downstream regulation or can avoid it entirely. In particular in connection with a so-called kickback detection in drills, hammer drills, screwdrivers, etc., the safety of an operator can be increased in this way because the control can switch off the power tool more quickly if the application tool jams in the workpiece.

Unter einem Stator und einem Rotor der Drehvorrichtung sollen eine erste und eine zweite Komponente der Drehvorrichtung verstanden werden, die sich relativ zueinander drehen. Dabei weist der Stator die Sensorelemente und der Rotor die mit den Sonsorelementen in einer Wirkverbindung stehenden Segmente auf. Eine relative Drehbewegung zwischen Stator und Rotor kann aber auch bedeuten, dass sich der Stator bzw. die gesamte Drehvorrichtung in einer Bewegung, insbesondere einer Drehbewegung, befinden können. Wesentlich für die Erfindung ist, dass es eine relative Drehbewegung zwischen Rotor und Stator gibt, deren Drehzahl mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfasst werden kann.A stator and a rotor of the rotating device should be understood to mean a first and a second component of the rotating device, which rotate relative to one another. The stator has the sensor elements and the rotor has the segments that are in an operative connection with the sensor elements. However, a relative rotary movement between the stator and the rotor can also mean that the stator or the entire rotary device can be in motion, in particular a rotary motion. What is essential for the invention is that there is a relative rotational movement between the rotor and the stator, the rotational speed of which can be detected using the method and the device according to the invention.

Um eine möglichst einfache Erfassung der Drehzahl in beiden Drehrichtungen zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass der Winkelversatz zweier benachbarter Sensorelemente kleiner ist als das Zweifache des kleinsten Winkelmaßes der Segmente des Rotors. Dadurch kommt es beim Passieren eines bestimmten Segmentübergangs vom ersten auf das zweite im Winkelversatz angeordnete Sensorelement nicht zu mehreren Flankenwechseln im Sensorsignal des zweiten Sensorelements während einer Abtastperiode, die zur Ermittlung der korrekten Drehzahl entsprechend unberücksichtigt bleiben müssten. Eine weiter erhöhte Abtastrate ist zudem gegeben, wenn der Winkelversatz zweier benachbarter Sensorelemente kleiner ist als das kleinste Winkelmaßes der Segmente des Rotors.In order to enable the simplest possible detection of the rotational speed in both directions of rotation, it is provided that the angular offset of two adjacent sensor elements is less than twice the smallest angular dimension of the segments of the rotor. As a result, when passing a specific segment transition from the first to the second sensor element arranged at an angular offset, there are no multiple edge changes in the sensor signal of the second sensor element during a sampling period, which would have to be disregarded to determine the correct speed. A further increased sampling rate is also given when the angular offset of two adjacent sensor elements is smaller than the smallest angular dimension of the segments of the rotor.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die Abtastzeitpunkte zu benachbarten Flankenwechseln der einzelnen Sensorsignale mit gleicher Orientierung ergeben. Sprich, es werden entweder nur positive (von low auf high) oder nur negative (von high auf low) Flankenwechsel der einzelnen Sensorsignale berücksichtigt. Die Anzahl der definierten Abtastzeitpunkte während einer mechanischen Umdrehung des Rotors entspricht dann der Hälfte des Produkts aus der Anzahl der Sensorelemente und der Anzahl der Segmente des Rotors. Die gegenüber den Segmenten des Rotors erhöhte Anzahl der Abtastzeitpunkte bewirkt damit in besonders vorteilhafter Weise eine Erhöhung der Abtastrate, so dass die Messung der Umdrehungsdauer bzw. der Drehzahl des Rotors entsprechend genauer ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that the sampling times for adjacent edge changes of the individual sensor signals result with the same orientation. In other words, either only positive (from low to high) or only negative (from high to low) edge changes of the individual sensor signals are taken into account. The number of defined sampling times during a mechanical revolution of the rotor then corresponds to half the product of the number of sensor elements and the number of segments of the rotor. The increased number of sampling times compared to the segments of the rotor thus brings about an increase in the sampling rate in a particularly advantageous manner, so that the measurement of the period of rotation or the rotational speed of the rotor is correspondingly more precise.

In einer alternativen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der Winkelversatz zweier benachbarter Sensorelemente größer ist, als das Zweifache des kleinsten Winkelmaßes der Segmente. In diesem Fall kommt es jedoch zu mehreren Flankenwechseln derselben Orientierung der zugehörigen Sensorsignale innerhalb einer Abtastperiode. Zur Berechnung der korrekten Drehzahl ist daher zusätzlich die Berücksichtigung des Winkelmaßes der Segmente erforderlich. Zwar ergibt sich auf diese Weise keine Erhöhung der Abtastrate, allerdings kann der Winkelversatz der beiden benachbarten Sensorelemente als zusätzliche Information zur Plausibilisierung der Drehzahlermittlung herangezogen werden.In an alternative embodiment, it can be provided that the angular offset of two adjacent sensor elements is greater than twice the smallest angular dimension of the segments. In this case, however, there are several edge changes with the same orientation of the associated sensor signals within a sampling period. In order to calculate the correct speed, it is therefore also necessary to take into account the angular dimension of the segments. Although this does not result in an increase in the sampling rate, the angular offset of the two adjacent sensor elements can be used as additional information to check the rotational speed determination for plausibility.

Typische Drehvorrichtungen sind beispielsweise elektrische Maschinen, also alle Arten von elektrischen Motoren und Generatoren. Die Erfindung kann aber auch auf Verbrennungsmotoren, Radnaben, Drehlager, Lüfter, Ventilatoren, Pumpen oder dergleichen angewendet werden, die zwei sich relativ zueinander drehende Komponenten aufweisen. Mit besonderem Vorteil ist die Drehvorrichtung eine elektrische Maschine, wobei die Segmente des Rotors als abwechselnd gepolte Permanentmagnete und die Sensorelemente des Stators als Hall-Sensoren ausgebildet sind. Insbesondere im Falle einer passiven Drehvorrichtung, also einer Drehvorrichtung, deren Rotor durch einen externen Antrieb in eine Drehbewegung versetzt wird, ist es auch denkbar, dass die Sensorelemente durch Optokoppler oder andere auf Lichtreflexionen entsprechend ausgestalteter Segmente des Rotors reagierende Sensorelemente realisiert sind. Ebenso sind Sensorelemente auf Basis kapazitiver oder induktiver Signaländerungen entsprechend ausgestalteter Segmente des Rotors denkbar.Typical rotary devices are, for example, electrical machines, i.e. all types of electrical motors and generators. However, the invention can also be applied to internal combustion engines, wheel hubs, rotary bearings, fans, ventilators, pumps or the like which have two components which rotate relative to one another. With particular advantage, the rotating device is an electrical machine, with the segments of the rotor being designed as alternately polarized permanent magnets and the sensor elements of the stator being designed as Hall sensors. Particularly in the case of a passive rotary device, i.e. a rotary device whose rotor is set in rotary motion by an external drive, it is also conceivable that the sensor elements are implemented by optocouplers or other sensor elements that react to light reflections from correspondingly designed segments of the rotor. Likewise, sensor elements based on capacitive or inductive signal changes of correspondingly configured segments of the rotor are conceivable.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Zeichnungdrawing

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 7 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.The invention is based on the 1 until 7 explained by way of example, with the same reference symbols in the figures indicating the same components with the same functionality.

Es zeigen

1: ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2: eine Schnittansicht eines ersten Ausführungsbeispiels zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einen EC-Motor mit einem Stator mit drei jeweils im Winkelversatz über den Umfang verteilten Sensorelementen und einem Rotor mit vier gleichmäßig im Winkelmaß über den Rotor verteilten Segmenten,
3: einen Zeitverlauf der Sensorsignale der drei Sensorelemente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach 2,
4: eine Schnittansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Pumpe bzw. einen Lüfter mit einem Pumpen- bzw. Lüftergehäuse mit drei jeweils im Winkelversatz über den Umfang verteilten Sensorelementen und einem Pumpen- bzw. Lüfterrad mit sechs in unterschiedlichen Winkelmaßen über den Rotor verteilten Segmenten,
5: einen Zeitverlauf der Sensorsignale der drei Sensorelemente gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel nach 4,
6: eine Schnittansicht eines dritten Ausführungsbeispiels zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf eine Pumpe bzw. einen Lüfter mit einem Pumpen- bzw. Lüftergehäuse mit zwei im Winkelversatz über den Umfang verteilten Sensorelementen und einem Pumpen- bzw. Lüfterrad mit acht gleichmäßig im Winkelmaß über den Rotor verteilten Segmenten und
7: einen Zeitverlauf der Sensorsignale der zwei Sensorelemente gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel nach 6.

Show it

1 : a block diagram of a device for applying the method according to the invention,
2 : a sectional view of a first exemplary embodiment for applying the method according to the invention to an EC motor with a stator with three sensor elements distributed angularly offset over the circumference and a rotor with four segments evenly distributed over the rotor in angular dimensions,
3 : a time course of the sensor signals of the three sensor elements according to the first exemplary embodiment 2 ,
4 : a sectional view of a second exemplary embodiment for applying the method according to the invention to a pump or a fan with a pump or fan housing with three sensor elements distributed angularly offset over the circumference and a pump or fan wheel with six at different angular dimensions over the rotor distributed segments,
5 : a time course of the sensor signals of the three sensor elements according to the second exemplary embodiment 4 ,
6 : a sectional view of a third exemplary embodiment for applying the method according to the invention to a pump or a fan with a pump or fan housing with two sensor elements distributed angularly offset over the circumference and a pump or fan wheel with eight evenly distributed angular dimensions over the rotor segments and
7 : a time course of the sensor signals of the two sensor elements according to the third embodiment 6 .

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Die Erfindung soll zunächst anhand einer als bürstenloser Gleichstrommotor 10 - nachfolgend auch kurz als BLDC- (brushless direct current) bzw. EC-Motor (electronically commutated) bezeichnet - ausgestalteten Drehvorrichtung 12 erläutert werden. Der EC-Motor 10 weist gemäß den 1 und 2 statorseitig eine Drehstromwicklung 14 auf, deren Einzelzahnwicklungen 16 sternförmig zu den drei Phasensträngen U, V und W verschaltet sind. Die Drehstromwicklung 14 ist derart über eine Leistungsendstufe 18 einer Vorrichtung 20 steuer- oder regelbar, dass ein drehendes magnetisches Feld erzeugt wird, welches einen permanenterregten Rotor 22 mitzieht (vergleiche 2). Alternativ ist ebenso denkbar, die Erfindung im Zusammenhang mit einem Generator zu verwenden.The invention will first be explained using a rotary device 12 designed as a brushless direct current motor 10--hereinafter also referred to briefly as a BLDC (brushless direct current) or EC (electronically commutated) motor. The EC motor 10 has according to the 1 and 2 a three-phase winding 14 on the stator side, the single-tooth windings 16 of which are connected in a star configuration to form the three phase strands U, V and W. The three-phase winding 14 can be controlled or regulated via a power output stage 18 of a device 20 in such a way that a rotating magnetic field is generated, which entrains a permanently excited rotor 22 (cf 2 ). Alternatively, it is also conceivable to use the invention in connection with a generator.

Die Leistungsendstufe 18 weist je Phasenstrang U, V, W der Statorwicklung 14 eine als Inverterschaltung ausgebildete Halbbrücke 24 auf. Jede Halbrücke 24 besteht aus einem ersten Leistungsschalter 26, der mit einem hohen Versorgungspotenzial V_H (High Side) verbunden ist, und einem zweiten Leistungsschalter 28, der mit einem niedrigen Versorgungspotenzial V_L (Low Side) verbunden ist. Die Leistungsschalter 26, 28 können als Halbleiterschalter in Form von IGBT, IGCT, Thyristoren, Leistungs-MOSFETs oder dergleichen, aber auch als Relais ausgebildet sein. Eine Steuer- bzw. Regeleinheit 30 der Vorrichtung 20 steuert bzw. regelt die Leistungsschalter 26, 28 zur Bestromung von jeweils zwei Phasensträngen U, V; U, W; V, W entsprechend einer Pulsweitenmodulation (PWM) derart an, dass einer der ersten Leistungsschalter 26 (z.B. T1) einer der drei Halbbrücken 24 geschlossen ist, während die beiden anderen ersten Leistungsschalter 26 (T3, T5) geöffnet sind, und dass einer der zweiten Leistungsschalter 28 (z.B. T2) einer weiteren der Halbbrücken 24 geschlossen ist, während die beiden übrigen zweiten Leistungsschalter 28 (T4, T6) geöffnet sind. Auf diese Weise können zur Erzeugung eines elektromagnetischen Drehfelds im Wechsel die ersten Leistungsschalter 26 und die zweiten Leistungsschalter 28 mittels dreier Sensorelemente 32, die beispielsweise als Hall-Sensoren 34 ausgebildet sind, derart geschaltet werden, dass immer vier Einzelzahnwicklungen 16 der Statorwicklung 14 bestromt sind, so dass während des Betriebs die resultierende Statordurchflutung im Mittel senkrecht zur Rotordurchflutung orientiert ist. Dem Fachmann ist diese Art der Beschaltung bekannt, so dass hier nicht weiter darauf eingegangen werden soll.The power output stage 18 has a half-bridge 24 designed as an inverter circuit for each phase strand U, V, W of the stator winding 14 . Each half-bridge 24 consists of a first power switch 26, which is connected to a high supply potential V _H (high side), and a second power switch 28, which is connected to a low supply potential V _L (low side). The power switches 26, 28 can be designed as semiconductor switches in the form of IGBT, IGCT, thyristors, power MOSFETs or the like, but also as relays. A control or regulating unit 30 of the device 20 controls or regulates the power switches 26, 28 for energizing two phase strands U, V; U, W; V, W according to a pulse width modulation (PWM) in such a way that one of the first power switches 26 (e.g. T1) of one of the three half-bridges 24 is closed, while the other two first power switches 26 (T3, T5) are open, and that one of the second Circuit breaker 28 (eg T2) of another half-bridge 24 is closed, while the other two second circuit breakers 28 (T4, T6) are open. In this way, to generate an electromagnetic rotating field, the first circuit breakers 26 and the second circuit breakers 28 can be switched alternately by means of three sensor elements 32, which are designed, for example, as Hall sensors 34, in such a way that four individual tooth windings 16 of the stator winding 14 are always energized, so that during operation the resulting stator flux is oriented on average perpendicularly to the rotor flux. This type of wiring is known to a person skilled in the art, so that it will not be discussed further here.

2 zeigt den EC-Motor 10 bzw. die Drehvorrichtung 12 in einer schematischen Schnittansicht. Der Stator 36 des EC-Motors 10 ist als ein hohlzylinderförmiger Körper ausgebildet, der sechs nach innen gerichtete Statorzähne 38 aufweist, auf denen er die Einzelzahnwicklungen 16 der Statorwicklung 14 trägt. Diese sind gemäß 1 in einer Sternschaltung verschaltet, wobei die gegenüberliegenden Einzelzahnwicklungen 16 jeweils miteinander zu einem Phasenstrang U, V, W verbunden sind. Es sei angemerkt, dass die Verschaltung der Statorwicklung 14 sowie die Anzahl der Einzelzahnwicklungen 16 und der Statorzähne 38 für die Funktionsweise der Erfindung unerheblich ist. Ein Fachmann könnte daher ebenso eine Dreieckschaltung oder dergleichen vorsehen. 2 shows the EC motor 10 or the rotary device 12 in a schematic sectional view. The stator 36 of the EC motor 10 is designed as a hollow-cylindrical body which has six inwardly directed stator teeth 38 on which it carries the single-tooth windings 16 of the stator winding 14 . These are according to 1 connected in a star circuit, the opposing single-tooth windings 16 being connected to one another to form a phase strand U, V, W. It should be noted that the interconnection of the stator winding 14 and the number of individual tooth windings 16 and stator teeth 38 are irrelevant for the functioning of the invention. A person skilled in the art could therefore also provide a delta connection or the like.

Zwischen den Statorzähnen 38 sind mit jeweils einem Winkelversatz Wv von 60° über den Umfang des Stators 36 verteilt drei als Hall-Sensoren 34 ausgebildete Sensorelemente 32 angeordnet. Im Innern des als hohlzylindrischen Körper ausgebildeten Stators 36 ist der Rotor 22 relativ zum Stator 36 drehbar gelagert. Dazu ist der Rotor 22 drehfest mit einer Motorwelle 40 verbunden, die beispielsweise über entsprechende Kugel- oder Wälzlager drehbar im EC-Motor 10 gelagert ist. Dem Fachmann sind die Möglichkeiten zur Lagerung des Rotors 22 hinlänglich bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangen werden soll.Three sensor elements 32 designed as Hall sensors 34 are arranged between the stator teeth 38 , each with an angular offset Wv of 60°, distributed over the circumference of the stator 36 . The rotor 22 is rotatably mounted relative to the stator 36 inside the stator 36 embodied as a hollow-cylindrical body. For this purpose, the rotor 22 is connected in a torque-proof manner to a motor shaft 40 which is rotatably mounted in the EC motor 10 via corresponding ball or roller bearings, for example. The possibilities for mounting the rotor 22 are well known to a person skilled in the art, so that they will not be discussed further.

Der Rotor 22 trägt auf seinem äußeren Umfang einen Magnetring 42 mit bevorzugt vergrabenen Permanentmagneten 44, die sich in ihrer Polarität N, S abwechseln. Ohne Einfluss auf die Erfindung sind aber auch Oberflächenmagnete 44 verwendbar. Die Permanentmagnete 44 bilden Segmente 46, die einerseits in Wechselwirkung mit der Statorwicklung 14 stehen und andererseits mit den Sensorelementen 32 zusammenwirken. Dabei dient die Wechselwirkung zwischen der Statorwicklung 14 und den Magneten 44 der Erzeugung einer Drehbewegung des Rotors 22 in Drehrichtung R infolge des aus der Beschaltung der Statorwicklung 14 resultierenden elektromagnetischen Drehfelds, während das Zusammenwirken der Magnete 44 mit den Sensorelementen 32 Sensorsignale S1, S2, S3 erzeugt, die zur Positionsbestimmung und zur Regelung der PWM mittels der Steuer- bzw. Regeleinheit 30 der Vorrichtung 20 dienen. Die Segmente 46 des Rotors 22 sind gleichmäßig über den Umfang des Rotors 22 verteilt und weisen daher alle dasselbe Winkelmaß W_S von jeweils 90° auf. Somit ist der Winkelversatz W_v zweier benachbarter Sensorelemente 32 kleiner als das Zweifache des Winkelmaßes W_S der Segmente 46 des Rotors 22.The rotor 22 carries on its outer circumference a magnet ring 42 with preferably buried permanent magnets 44, which alternate in polarity N, S. However, surface magnets 44 can also be used without affecting the invention. The permanent magnets 44 form segments 46 which on the one hand interact with the stator winding 14 and on the other hand with the Sensor elements 32 interact. The interaction between the stator winding 14 and the magnets 44 serves to generate a rotary movement of the rotor 22 in the direction of rotation R as a result of the electromagnetic rotating field resulting from the wiring of the stator winding 14, while the interaction of the magnets 44 with the sensor elements 32 generates sensor signals S1, S2, S3 generated, which are used to determine the position and to regulate the PWM by means of the control or regulating unit 30 of the device 20 . The segments 46 of the rotor 22 are distributed evenly over the circumference of the rotor 22 and therefore all have the same angular dimension W _S of 90°. Thus, the angular offset W _v of two adjacent sensor elements 32 is less than twice the angular dimension W _S of the segments 46 of the rotor 22.

In 3 ist der zeitliche Verlauf der drei Sensorsignale S1, S2, S3 über eine ganze mechanische Umdrehung mit dem mechanischen Drehwinkel 0 < φ_M < 360° des Rotors 22 aufgetragen. Neben den mechanischen Umdrehungen lassen sich aufgrund der Periodizität der Sensorsignale S1, S2, S3 auch elektrischen Umdrehungen mit elektrischen Drehwinkeln 0 < φ_E < 360° definieren. Im vorliegenden Beispiel ergeben sich somit pro mechanischer Umdrehung zwei elektrische Umdrehungen. Der Einfachheit halber soll jedoch nachfolgend immer der Bezug zu den mechanischen Umdrehungen gelten.In 3 the time profile of the three sensor signals S1, S2, S3 is plotted over a complete mechanical revolution with the mechanical angle of rotation 0<φ _M <360° of the rotor 22. In addition to the mechanical revolutions, electrical revolutions with electrical angles of rotation 0<φ _E <360° can also be defined due to the periodicity of the sensor signals S1, S2, S3. In the present example, there are two electrical revolutions per mechanical revolution. For the sake of simplicity, however, the reference to the mechanical revolutions should always apply below.

Bei jedem Passieren eines Übergangs von einem Segment 46 der Polarität N zum benachbarten Segment 46 der Polarität S kommt es zu einem positiven Flankenwechsel im Sensorsignal S1, S2, S3 des entsprechenden Sensorelements 32. Analog ergibt sich bei einem Segmentübergang eines Segments 46 der Polarität S zu einem Segment 46 der Polarität N ein negativer Flankenwechsel. Jedes Sensorsignal S1, S2, S3 weist demnach während einer mechanischen Umdrehung des Rotors 22 vier und während einer elektrischen Umdrehung zwei Flankenwechsel im Abstand vom Winkelmaß W_S auf. Somit kann die Drehzahl n des Rotors direkt anhand eines Sensorsignals S1, S2, S3 über die Beziehung $n = 60 * Ws / (360 ° * T_{s}) {min}^{- 1}$

berechnet werden, wobei T_S die gemessene Dauer zwischen zwei Flankenwechseln eines Sensorsignals S1, S2, S3 beschreibt.Each time a transition from a segment 46 of polarity N to the adjacent segment 46 of polarity S is passed, there is a positive edge change in the sensor signal S1, S2, S3 of the corresponding sensor element 32 a segment 46 of polarity N, a negative edge change. Accordingly, each sensor signal S1, S2, S3 has four edge changes during a mechanical revolution of the rotor 22 and two edge changes during an electrical revolution at a distance from the angular dimension W _S . The speed n of the rotor can thus be determined directly using a sensor signal S1, S2, S3 via the relationship

n = 60 * Ws / (360 ° * T_{s}) {at least}^{- 1}

are calculated, where T _S describes the measured duration between two edge changes of a sensor signal S1, S2, S3.

Vielfach werden in Elektromotoren mehrere Sensorelemente 32 verwendet, um neben der Drehzahl auch die Drehrichtung bestimmen zu können. Mit besonderem Vorteil der Erfindung können daher die zeitversetzen Sensorsignale S1, S2, S3 zur Drehzahlbestimmung herangezogen werden, ohne dass konstruktive Zusatzmaßnahmen am EC-Motor 10 notwendig sind. Sind die einzelnen Sensorelemente 32, wie in 2 gezeigt, jeweils mit einem Winkelversatz W_V angeordnet, der kleiner ist als das Winkelmaß W_S der Segmente 46, so ist eine gegenüber den einzelnen Sensorsignalen S1, S2, S3 höhere Abtastrate erzielbar, wenn die einzelnen Sensorsignale S1, S2, S3 in Bezug zueinander gesetzt werden. In dem Fall resultiert beispielsweise aus dem Winkelversatz W_V zwischen zwei Sensorelementen 32 zu zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten t_n = t_i und t_n = t_i+1 des gleichen Polaritatswechsels eine Abtastperiode T_V der zugehörigen Sensorsignale S1, S2, wobei das Verhältnis aus dem Winkelversatz W_V und der Abtastperiode T_V proportional zur Drehzahl n des Rotors 22 ist, und es gilt $n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {min}^{- 1} .$

Multiple sensor elements 32 are often used in electric motors in order to be able to determine the direction of rotation as well as the speed. With a particular advantage of the invention, the time-delayed sensor signals S1, S2, S3 can therefore be used to determine the rotational speed without the need for additional design measures on the EC motor 10. If the individual sensor elements 32, as in 2 shown, each arranged with an angular offset W _V that is smaller than the angular dimension W _S of the segments 46, a higher sampling rate can be achieved compared to the individual sensor signals S1, S2, S3 if the individual sensor signals S1, S2, S3 are related to one another be set. In this case, for example, the angular offset W _V between two sensor elements 32 at two consecutive sampling times t _n = t _i and t _n = t _i+1 of the same polarity change results in a sampling period T _V of the associated sensor signals S1, S2, with the ratio from the Angular offset W _V and the sampling period T _V is proportional to the speed n of the rotor 22, and it applies

n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {at least}^{- 1} .

Für die Sensorsignale S2 und S3 der benachbarten Sensorelemente 32 gelten analoge Zusammenhänge.Analogous relationships apply to the sensor signals S2 and S3 of the adjacent sensor elements 32 .

Würde die gemessen Abtastperiode T_V = 2 ms betragen, so ergäbe sich mit einem Winkelversatz W_V = 60° eine Drehzahl von n = 5.000 min^-1. Die berechnete Drehzahl n ist somit unabhängig vom Winkelmaß W_S der einzelnen Segmente 46, so dass unsymmetrisch oder symmetrisch über den Umfang des Rotors 22 bzw. Signalgebers verteilte Segmente 46 keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung haben. Dies soll nachfolgend anhand des zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der 4 und 5 verdeutlicht werden. Sind die benachbarten Sensorelemente 32 zudem mit einem Winkelversatz W_V zueinander angeordnet, der kleiner ist als das kleinste Winkelmaß W_S der Segmente 46, so kann die Abtastrate gegenüber der Einzelabtastung der Sensorelemente 32 erhöht werden, was die Genauigkeit der Messung verbessert. Ein weiterer Vorteil ist, dass bereits eine kleinere Teildrehung des Rotors 22 genügt, um die Drehzahl n derart zu ermitteln, dass ein Segmentübergang zweier benachbarter Segmente 46 die zumindest zwei im Winkelversatz W_V zueinander angeordneten Sensorelemente 32 passiert.If the measured sampling period were T _V = 2 ms, then with an angular offset W _V = 60°, a speed of n = 5,000 rpm ^would result. The calculated speed n is thus independent of the angular measure W _S of the individual segments 46, so that segments 46 distributed asymmetrically or symmetrically over the circumference of the rotor 22 or signal transmitter have no influence on the accuracy of the measurement. This is to be explained below with reference to the second exemplary embodiment according to FIG 4 and 5 be clarified. If the adjacent sensor elements 32 are also arranged with an angular offset W _V to one another that is smaller than the smallest angular dimension W _S of the segments 46, the sampling rate can be increased compared to individual sampling of the sensor elements 32, which improves the accuracy of the measurement. A further advantage is that even a smaller partial rotation of rotor 22 is sufficient to determine rotational speed n such that a segment transition of two adjacent segments 46 passes the at least two sensor elements 32 arranged at an angular offset W _V relative to one another.

Unter der Berücksichtig einer gleichen Orientierung der Flankenwechsel entspricht die Anzahl der Abtastzeitpunkte t_n während einer mechanischen Umdrehung des Rotors 22 der Hälfte des Produkts aus der Anzahl der Sensorelemente 32 und der Anzahl der Segmente 46 des Rotors 22. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt sie demnach 3 * 4 / 2 = 6 entsprechend der Nummerierung t_i bis t_i+5. Statt, wie in 3 dargestellt, nur die Flankenwechsel mit negativer Orientierung zu berücksichtigen, können alternativ auch die Flankenwechsel mit positiver Orientierung zur Berechnung der Drehzahl herangezogen werden.Taking into account the same orientation of the edge changes, the number of sampling times t _n during a mechanical revolution of rotor 22 corresponds to half the product of the number of sensor elements 32 and the number of segments 46 of rotor 22. In the present exemplary embodiment, it is therefore 3*. 4 / 2 = 6 corresponding to the numbering t _i to t _i+5 . Instead, as in 3 shown, only the edge changes with negative orientation are taken into account, alternatively, the edge changes with positive orientation can also be used to calculate the speed.

Aufgrund der symmetrischen Aufteilung der Segmente 46, ist es ergänzend oder alternativ denkbar, beide Flankenwechsel-Orientierungen zu berücksichtigen. In dem Fall müsste bei einem Wechsel von einem positiven bzw. negativen Flankenwechsel des Sensorsignals S1 auf einen negativen bzw. positiven Flankenwechsel des Sensorsignals S2 eine Korrektur um das Winkelmaß W_S der Segmente 46 vorgenommen werden, so dass sich die Drehzahl n ergibt zu $n = 60 * (W_{v} + W_{s}) / (360 ° * T_{v}) {min}^{- 1} .$

Due to the symmetrical division of the segments 46, it is additionally or alternatively conceivable to take both flank change orientations into account. In that case, when there is a change from a positive or negative edge change in the sensor signal S1 to a negative or positive edge change in the sensor signal S2, a correction by the angular dimension W _S of the segments 46 would have to be made, so that the speed n results in

n = 60 * (W_{v} + W_{s}) / (360 ° * T_{v}) {at least}^{- 1} .

Dies bewirkt jedoch einerseits eine deutliche Reduzierung der Abtastrate und andererseits eine Abhängigkeit vom Winkelmaß W_S der Segmente 46. Daher ist diese Lösung eher als zusätzliche Plausibilisierung zur Drehzahlermittlung sinnvoll.On the one hand, however, this brings about a significant reduction in the sampling rate and, on the other hand, a dependence on the angular dimension W _S of the segments 46. This solution is therefore more useful as an additional plausibility check for determining the rotational speed.

Die 4 und 5 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung. Der Rotor 22 der Drehvorrichtung 12 ist nun beispielsweise als ein Pumpen- oder Lüfterrad 50 einer nicht näher gezeigten Pumpe bzw. eines nicht näher gezeigten Lüfters 52 ausgebildet. Die Pumpe bzw. der Lüfter 52 weist ein als Stator 36 dienendes Gehäuse auf, in dem drei als Optokoppler 54 ausgebildete Sensorelemente 32 mit einem Winkelversatz von W_V = 30° angeordnet sind. Das Gehäuse 36 ist nicht explizit dargestellt. Dem Fachmann ist der Aufbau einer Pumpe bzw. eines Lüfters 52 mit einem entsprechenden Gehäuse 36 aber bekannt, so dass hierauf nicht näher eingegangen werden soll. Über den Umfang des Lüfter- bzw. Pumpenrads 50 sind sechs Segmente 46 verteilt, die als Reflexionsschichten 56 mit abwechselnden Reflexionsgraden (z.B. Schwarz und Weiß) ausgebildet sind und die mit den Optokopplern 54 zur Erzeugung entsprechender Sensorsignale S1 bis S3 zusammenwirken.the 4 and 5 show a second embodiment of the invention. The rotor 22 of the rotary device 12 is now designed, for example, as a pump or fan wheel 50 of a pump or a fan 52 not shown in detail. The pump or the fan 52 has a housing which serves as a stator 36 and in which three sensor elements 32 designed as optocouplers 54 are arranged with an angular offset of W _V =30°. The housing 36 is not shown explicitly. However, the structure of a pump or a fan 52 with a corresponding housing 36 is known to a person skilled in the art, so that this need not be discussed in any more detail. Six segments 46 are distributed over the circumference of the fan or pump wheel 50, which are designed as reflective layers 56 with alternating degrees of reflection (eg black and white) and which interact with the optocouplers 54 to generate corresponding sensor signals S1 to S3.

Da die Segmente 46 des Rotors 22 unterschiedliche Winkelmaße W_S1, W_S2 von 45° bzw. 90° aufweisen, ergibt sich eine unsymmetrische Aufteilung, die im entsprechenden Sensorsignal S1, S2, S3 gemäß 5 erkennbar ist. Aufgrund des Zusammenhangs W_V < min(2 * W_S1, 2 * W_S2) kann die Drehzahl n wiederum unabhängig vom Winkelmaß W_S1, W_S2 zu den Abtastzeitpunkten t_n mit $n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {min}^{- 1}$

berechnet werden, wenn entweder nur die negativen oder nur die positiven Flankenwechsel der Sensorsignale S1, S2, S3 Berücksichtigung finden. Aufgrund der unsymmetrischen Verteilung der Segmente 46 bietet es sich nun jedoch nicht an, auch die Flankenwechsel unterschiedlicher Orientierung zu berücksichtigen, weil während der Drehung des Rotors 22 nicht bekannt ist, welches Segment 46 mit welchem Winkelmaß W_S1, W_S2 zum jeweiligen Abtastzeitpunkt t_n herangezogen wurde. Somit ergibt sich die Anzahl der Abtastzeitpunkte t_n während einer mechanischen Umdrehung des Rotors 22 analog dem ersten Ausführungsbeispiel aus der Hälfte des Produkts aus der Anzahl der Sensorelemente 32 und der Anzahl der Segmente 46 des Rotors 22, also 3 * 6 / 2 = 9 entsprechend der Nummerierung t_i bis t_i+8.Since the segments 46 of the rotor 22 have different angular dimensions W _{S1 ,} W _S2 of 45° and 90°, there is an asymmetrical division which is reflected in the corresponding sensor signal S1, S2, S3 according to FIG 5 is recognizable. Due to the relationship W _V <min(2 * W _S1 , 2 * W _S2 ), the rotational speed n can in turn be independent of the angular measure W _{S1 ,} W _S2 at the sampling times t _n with

n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {at least}^{- 1}

be calculated if either only the negative or only the positive edge changes of the sensor signals S1, S2, S3 are taken into account. Due to the asymmetrical distribution of the segments 46, however, it is not advisable to also take into account the flank changes of different orientation, because during the rotation of the rotor 22 it is not known which segment 46 with which angular dimension _WS1, _WS2 at the respective sampling time t _n was used. The number of sampling times t _n during a mechanical revolution of the rotor 22 thus results, analogously to the first exemplary embodiment, from half the product of the number of sensor elements 32 and the number of segments 46 of the rotor 22, i.e. 3*6/2=9 accordingly the numbering t _i to t _i+8 .

In den 6 und 7 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Gleiche Bestandteile sind mit denselben Bezugszeichen versehen und sollen daher nur dann erneut erläutert werden, wenn sie für das dritte Ausführungsbeispiel von besonderer Bedeutung sind. Der Winkelversatz WV zweier benachbarter Sensorelemente 32 ist nun größer, als das Zweifache des Winkelmaßes Ws der Segmente 46 des Rotors 22. Somit ergibt sich eine gegenüber der Abtastung der Einzelsensorsignale S1, S2 verringerte Abtastrate. Die Drehzahl n lässt sich zwar mit $n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {min}^{- 1}$

unabhängig vom Winkelmaß W_S der Segmente 46 berechnen, allerdings muss bekannt sein, wie viele Flankenwechsel gleicher Orientierung ein Sensorsignal S1, S2 innerhalb des Winkelversatzes W_V aufweist, da nur der Flankenwechsel berücksichtigt werden darf, der auch für das Sensorsignal S1 des in Drehrichtung R voraus positionierten Sensorelements 32 berücksichtigt wurde. Mit 2 * W_S < W_V < 3 * W_S muss also im zeitlich nachfolgenden Sensorsignal S2 jeder zweite Flankenwechsel gleicher Orientierung ausgelassen werden. Die Anzahl der Abtastzeitpunkte t_n während einer mechanischen Umdrehung des Rotors 22 ist auch dann die Hälfte des Produkts aus der Anzahl der Sensorelemente 32 und der Anzahl der Segmente 46 des Rotors 22, also 2 * 8 / 2 = 8 entsprechend der Nummerierung t_i bis t_i+7.In the 6 and 7 a third embodiment of the invention is shown. Identical components are provided with the same reference symbols and should therefore only be explained again if they are of particular importance for the third exemplary embodiment. The angular offset WV of two adjacent sensor elements 32 is now greater than twice the angular measure Ws of the segments 46 of the rotor 22. This results in a reduced sampling rate compared to the sampling of the individual sensor signals S1, S2. The speed n can be with

n = 60 * W_{v} / (360 ° * T_{v}) {at least}^{- 1}

independently of the angular dimension W _S of the segments 46, however, it must be known how many edge changes of the same orientation a sensor signal S1, S2 has within the angular offset W _V , since only the edge change may be taken into account that is also for the sensor signal S1 of the direction of rotation R ahead positioned sensor element 32 was taken into account. With 2 * W _S <W _V <3 * W _S , every second edge change of the same orientation must therefore be omitted in the subsequent sensor signal S2. The number of sampling times t _n during a mechanical revolution of the rotor 22 is then half the product of the number of sensor elements 32 and the number of segments 46 of the rotor 22, i.e. 2 * 8 / 2 = 8 according to the numbering t _i bis t _i+7 .

Statt jeden zweiten Flankenwechsel gleicher Orientierung im Sensorsignal S2 auszulassen, kann die Drehzahl n unter Berücksichtigung des Winkelmaßes W_S alternativ auch berechnet werden zu $n = 60 * (W_{v} - 2 * W_{s}) / (360 ° * T_{v}) {min}^{- 1} .$

Somit kann auch hier die Abtastrate gegenüber einer Einzelauswertung der Sensorsignale S1, S2 erhöht werden.Instead of omitting every second edge change of the same orientation in the sensor signal S2, the rotational speed n can alternatively also be calculated taking into account the angular measure W _S

n = 60 * (W_{v} - 2 * W_{s}) / (360 ° * T_{v}) {at least}^{- 1} .

The sampling rate can thus also be increased here compared to an individual evaluation of the sensor signals S1, S2.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die gezeigten Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 7 noch auf die darin genannten Werte beschränkt ist. So kann z.B. eine abweichende Anzahl von Segmenten 46 des Rotors 22 und/oder Sensorelementen 32 zum Einsatz kommen. Zudem sei nochmals darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf eine Anwendung in einem Elektromotor eingeschränkt ist. Vielmehr kann sie bei allen Drehvorrichtungen mit zwei sich relativ zueinander drehenden Komponenten, insbesondere einem Stator und einem Rotor, zum Einsatz kommen. Auch die hier beschriebene Art der Sensorelemente und Segmente ist nicht einschränkend zu verstehen. So lassen sich statt der Flankenwechsel der Sensorsignale von low auf high bzw. high auf low beispielsweise auch kurzeitige Impulse zur Drehzahlbestimmung heranziehen, die durch entsprechende impulsgebende Punkte auf dem Rotor erzeugt werden.Finally, it should be pointed out that the invention does not extend to the exemplary embodiments shown according to FIG 1 until 7 is still limited to the values specified therein. For example, a different number of segments 46 of rotor 22 and/or sensor elements 32 can be used. In addition, it is again important showed that the invention is not limited to an application in an electric motor. Rather, it can be used in all rotary devices with two components that rotate relative to one another, in particular a stator and a rotor. The type of sensor elements and segments described here is also not to be understood as limiting. For example, instead of changing the edges of the sensor signals from low to high or high to low, short-term pulses can also be used to determine the speed, which are generated by corresponding pulse-emitting points on the rotor.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents cited by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102011078041 A1 [0003]
WO 2015069998 A1 [0004]

Claims

Method for determining the rotational speed of a rotary device (12) with a stator (36) and a rotor (22) rotating relative to the stator (36), the rotor (22) having an even number of segments (46 ) each with an angular dimension (W _S ) and a plurality of sensor elements (32) are arranged on the stator (36) in such a way that the sensor elements (32) during a rotary movement of the rotor (22) with the segments (46) to generate time-delayed Sensor signals (S1, S2, S3) interact, characterized in that at least two sensor elements (32) are arranged with an angular offset (W _V ) relative to one another in such a way that from the angular offset (W _V ) a sampling period (T _V ) between two sampling times ( t _n ) of the sensor signals (S1, S2, S3), the ratio of the angular offset (W _V ) and the sampling period (T _V ) being proportional to a speed (n) of the rotary device (12).

procedure after claim 1 , characterized in that the angular offset (W _V ) of two adjacent sensor elements (32) is smaller than twice the smallest angular dimension (W _S ), in particular smaller than the smallest angular dimension (W _S ), of the segments (46) of the rotor (22 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sampling times (t _n ) at adjacent edge changes of the individual sensor signals (S1, S2, S3) result with the same orientation.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the number of sampling times (t _n ) during a mechanical revolution of the rotor (22) is half the product of the number of sensor elements (32) and the number of segments (46) of the rotor (22) corresponds.

procedure after claim 1 , characterized in that the angular offset (W _V ) of two adjacent sensor elements (32) is greater than twice the smallest angular dimension (W _S ) of the segments (46) of the rotor (22).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the rotary device (10) is an electrical machine (12), the segments (46) of the rotor (22) as alternately poled permanent magnets (44) and the sensor elements (32) of the stator (36) are designed as Hall sensors (34).

Device (20) for carrying out the method according to one of the preceding claims, wherein the device (20) has an evaluation unit (30) for calculating the speed of the rotary device (10, 12).