EP2030316A1 - Verfahren zur erkennung der sensorzuordnung innerhalb einer elektrischen maschine - Google Patents

Verfahren zur erkennung der sensorzuordnung innerhalb einer elektrischen maschine

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Publication number
EP2030316A1
EP2030316A1 EP07727646A EP07727646A EP2030316A1 EP 2030316 A1 EP2030316 A1 EP 2030316A1 EP 07727646 A EP07727646 A EP 07727646A EP 07727646 A EP07727646 A EP 07727646A EP 2030316 A1 EP2030316 A1 EP 2030316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
standardized
sensor elements
electrical
electrical machine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07727646A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Eisenhardt
Klaus Rechberger
Steffen Waldenmeier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2030316A1 publication Critical patent/EP2030316A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage

Definitions

  • DE 103 03 692 A1 relates to a device for detecting rotational speed and pivot bearing of a driven shaft.
  • a transmitter wheel is used, on the outer circumference of which an incremental toothing is formed.
  • the teeth and tooth gaps of the incremental toothing are executed in a first tooth pitch.
  • the scanning is carried out by means of at least one sensor.
  • the incremental toothing is embodied in the outer circumference in a first tooth pitch permitting a high angular resolution, and an indexing toothing is provided on the inner circumference of the transducer wheel, by means of which number of zero pulses corresponding to the number of machine poles of the electrical machine can be generated.
  • the incremental toothing is formed continuously on the outer circumference of the encoder wheel.
  • the incremental toothing is assigned a first and a second outer sensor on the outer circumference for detecting the direction of rotation of the electrical machine, while a first and a second inner sensor are assigned to the indexing toothing on the inner circumference of the encoder wheel.
  • the sensors are housed in a sensor housing, which sensor housing is designed in direct geometrical dependence on the diameter of a sensor wheel. If the encoder wheel diameter changes for an electrical machine, the sensor housing must therefore be adapted. Changes the reading direction of the Sensor system due to other installation conditions, an adjustment of the sensor housing is also often required.
  • the present invention has for its object to provide a sensor concept, which allows variable attachment of identical sensors within an electrical machine. Furthermore, the invention has the object to provide a software that recognizes the sensor assignment to the respective phase-shifted output signals within initial rotations of the electric machine.
  • a standardized sensor element which is the same for all variants, is connected to a flex foil, a Fiat Flexible Cable (FFC) or a wiring harness or the like.
  • At least two sensor elements are electrically contacted to this flex foil or Fiat Flexible Cable.
  • a position determination of a body or an angular and / or speed detection can take place with any rotating or rotatable objects. If two sensor elements are electrically contacted on the flex foil or on the Fiat Flexible Cable (FFC), then this sensor system can be used, for example.
  • B. in electrical machines, such. B. asynchronous machines are used.
  • the resulting sensor system can be used on synchronous machines.
  • the standardized sensor elements contain a sensor electronics, which allows the use of standardized sensor elements in use on electrical machines for both asynchronous and synchronous machines.
  • the standardized sensor elements can be combined in sensor groups to two or three sensor elements.
  • the individual standardized sensor elements of a sensor system comprising two or more standardized sensor elements are interconnected by the flexibly formed flex foil or the Fiat Flexible Cable (FFC).
  • Each of the standardized trained sensor elements may be associated with a separate mounting opening, the z. B. may be mounted at a distance from the sensor head of the standardized sensor elements. Due to the connection of the individual standardized sensor elements via the flex foil or via the Fiat Flexible Cables (FFC) it is possible, for. B. at an angle measurement of a rotating component, such. As a donor wheel, an electric machine or the like, at the signal angle of z. B.
  • the standardized sensor elements interconnected via the flex foil or the Fiat Flexible Cables (FFC) allow the flex foil or the Fiat Flexible Cables (FFC) to be pushed together or pulled apart further depending on the required distance.
  • FFC Fiat Flexible Cables
  • the variability of the proposed sensor system lies in a simple adaptation of the distance of the individual standardized executed sensor elements relative to each other, so that different purposes can be easily realized.
  • the electric machine rotates the internal combustion engine, whereby an arbitrary position of an impressed rotating field occurs.
  • the impressed rotating field is followed by the knowledge of the flank angles of the signals with an accuracy of ⁇ 10 ° relative to the electrical angle.
  • the angle between a sender wheel and the rotor magnet of the electrical machines is known under consideration of tolerance influences [absolute position offset].
  • the electrical machine now accelerates the internal combustion engine to a start -A- speed, which is sufficient for a first start of the internal combustion engine. After the successful start of the internal combustion engine, it turns independently and in turn drives the electric machine.
  • FIG. 1 shows the attachment of an electrical cable outlet to the sensor system
  • FIG. 2 shows a final encapsulation of the sensor elements at their upper end faces for enclosing the electrical contact point between flex foil or Fiat Flexible Cable (FFC) or the like and the connection contacts of the sensor elements,
  • FFC Fiat Flexible Cable
  • FIG. 3 shows the signal curve during a rotation of a transmitter wheel for an electrical angle and a mechanical angle
  • Figure 4 shows an inventive sensor system in radial alignment for scanning the circumference of a rotating body, such.
  • B a recesses and elevations having donor wheel, and
  • FIG. 5 shows a signal course in the case of "forward travel” with assignment of the phases of the electrical machines.
  • FIG. 1 shows the attachment of a cable outlet to the sensor system. From the illustration according to FIG. 1, it can be seen that a cable outlet 27 is located here, for example, above a second standardized sensor module 12. Instead of the cable outlet 27 provided on the second standardized sensor element 12 in FIG. 1, it could just as well be provided on a first standardized sensor element 11 or on a third standardized sensor element 13.
  • Reference number 31 shows a first distance between the individual standardized sensor elements 11 or 12 and 12 and 13.
  • the standardized sensor elements 11, 12 and 13 are mechanically arranged such that at a mechanical forward rotation of a rotating body, z. As a donor wheel, first a first standardized sensor element 11 is passed and last z. B. the third standardized sensor element 13 is passed.
  • the regions of a flex foil 23 or a Fiat Flexible Cables (FFC) extending between the sensor elements 11, 12 and optionally 13 are either compressed and thus pushed together or pushed together in accordance with the distance established between the sensor elements 11, 12 or 13 pulled apart.
  • FFC Fiat Flexible Cables
  • first distance 31 shown in Figure 1 preferably between 40 mm and 60 mm, such. B. 57 mm, between the individual standardized senoror instituten 11 and 12 or 12 and 13, can donor wheel diameter of 80 mm diameter to 300 mm diameter cover.
  • the standardized sensor elements 11, 12 and 13 are arranged in the region of their electrical connections 17 on an end face 19 and on which the end face 19 of FIG Standard standardized sensor elements 11, 12 and 13 covering part of the flex foil 23 with a plastic material endumspritzt.
  • the flex foil 23 or the Fiat Flexible Cable (FFC) may be contacted directly with the IC of the respective standardized sensor element 11, 12 or 13 by laser welding, crimping or other suitable methods. Such a contact can then be eum-coated with plastic.
  • the flex foil 23 comprising the individual electrical conductors 25 is planar.
  • the longitudinal extent of the flex foil 23 or of Fiat Flexible Cables (FFC) which can be used instead of the flat flex foil 23 is identified by reference numeral 37, while the width of the flex foil 23 or the arrangement of the Fiat Flexible Cables (FFC) is identified by reference numeral 39 is.
  • the individual end-Umspritzept 29 are now flexibly interconnected by the free areas of the flex foil 23 and the Fiat Flexible Cables (FFC), through which the handling during installation is considerably simplified, without the electrical contacts between the individual standardized sensor elements 11, 12 and 13 to interfere with each other by the flex foil 23.
  • the standardized sensor elements 11, 12 and 13 illustrated there are all arranged at a first distance 31 with respect to the lateral surface 21 of the standardized sensor elements 11, 12 and 13. Due to the formation of the final encapsulation 29, which surrounds the standardized sensor elements 11, 12 and 13 in an enclosure 41 in the upper part of the cylindrically shaped housing, the electrical connections between the electrical connections 17 and the electrical conductors 25 extend in the flex foil 23 , respectively, the corresponding areas of the Fiat Flexible Cables (FFC) encapsulated against damage and moisture.
  • FFC Fiat Flexible Cables
  • FIGS. 3 and 4 show a signal curve of a digital signal upon rotation of a rotary body for detecting an electrical angle and / or a mechanical angle.
  • FIG. 3 shows that three standardized sensor elements 11, 12 and 13 are offset with respect to their mechanical angles by 10 ° mechanical angles in each case.
  • the waveform shown in Figure 3 during rotation of a rotary body 50, such.
  • As a donor wheel it can be seen that first the first standardized sensor element 11 is passed and finally the third standardized sensor element 13.
  • a first waveform 42 of the first standardized sensor element 11 In the illustration of Figure 3 are a first waveform 42 of the first standardized sensor element 11, a second waveform
  • the waveforms 42, 43, 44 may, for. B. by a designed as a donor wheel of an electrical machine rotary body 50 are generated.
  • the respective sensor elements 11, 12 or 11, 12 and 13 scanning the rotary body 50 respectively receive generated high signals 45 and low signals 46 by segments 88, each comprising a recess and an elevation. From the representation of the signal curves 42, 43 and 44 in accordance with FIG. 5, it can be seen that the respective starting edges of the high states 45, viewed in mechanical angles, are 10 ° behind one another.
  • the arrangement according to FIG. 4 shows that a single track 52 is located on the outer circumference of the rotary body 50.
  • the single track 52 comprises a first recess 54, which is arranged downstream of a first elevation 62 in the circumferential direction.
  • a second recess 56 connects, which in turn is followed by a second survey 64.
  • the second elevation 64 is adjoined by a third recess 58 in the single track 52, which is followed by a third elevation 66.
  • the recesses 54, 56, 58 or elevations 62, 64, 66 are scanned by a sensor system 69, which is arranged in radial alignment 68 with respect to the rotational body 50.
  • the sensor system 69 shown in FIG. 4 comprises the three standardized sensor elements 11, 12, and 13, which are connected to one another by the flex foil 23 or the Fiat Flexible Cables (FFC). Due to the small distance, the flex foil 23 is pushed together to loops.
  • the graduation 60 can also be formed at angles other than 10 °, depending on the diameter of the rotational body 50 and the accuracy in which the angular position, the rotational speed or the rotational position of the rotational body 50 is to be detected. Become a segment or two segments by 360 °
  • Possible mechanical arrangements of the standardized sensor elements are therefore given by the angular positions 20 °, 50 °, 80 ° and 110 °.
  • FIG. 5 shows a signal course during forward travel with assignment of the individual phases of the electrical machine.
  • FIG. 3 shows that the respective start signals of the sensors BO (11), Bl (12) and B2 (13) are electrically offset by 120 ° relative to one another within at least one initial rotation
  • the signal sequence of the sensor signals is shown in the illustration according to Figure 3.
  • the first signal profile 42 of the first standardized sensor element 11 (BO) is described below starting from 0 ° mechanical angle. It can be seen from FIG. 5 that as soon as the signal of the first standardized sensor element 11 (BO) has reached its high state 45, the phase voltage U passes through the zero crossing. If the signal profile 42 again reaches its zero crossing at 15 ° mechanical and 180 ° electrical angle, the signal curve 42 of the first standardized sensor element 11 assumes its low state 46.
  • phase voltages V and W of the electric machine, the signal curves 43 of the second standardized sensor element 12 (B1) and the signal curve 44 of the third standardized sensor element 13 (B2) respectively follow phase-shifted by 120 ° electrical or 10 °.
  • the advantage of driving exemplified in connection with FIG. 6 can be seen in the fact that a mechanical angular offset of the individual standardized sensor elements 11, 12 and 13 or BO, Bl and B2 is eliminated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erkennung der Sensorzuordnung zu Ausgangssignalen einer elektrischen Maschine mit mindestens zwei standardisierten Sensorelementen (11, 12), die einem Rotationskörper (50) zugeordnet sind. Es wird eine beliebige Signalreihenfolge (42, 43, 44) von Sensorsignalen der mindestens zwei standardisierten Sensorelemente (11, 12) für eine erste Drehrichtung der elektrischen Maschine erfasst. Die beliebige Signalreihenfolge wird in Bezug auf den elektrischen Winkel φ der elektrischen Maschine entsprechend eines Versatzes (82) des elektrischen Winkels φ pro Sensorsignal sortiert. Nulldurchgänge (70, 72, 74, 76, 78, 80) von Phasen (U, V, W) der elektrischen Maschine werden den Sensorsignalen zugeordnet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Erkennung der Sensorzuordnung innerhalb einer elektrischen
Maschine
Stand der Technik
DE 103 03 692 Al bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung von Drehzahl und Drehlager einer angetriebenen Welle. Zur Erfassung der Rotorlage einer elekt- rischen Maschine wird ein Geberrad eingesetzt, an dessen Außenumfang eine In- krementverzahnung ausgebildet ist. Die Zähne und Zahnlücken der Inkrementver- zahnung sind in einer ersten Zahnteilung ausgeführt. Die Abtastung erfolgt mittels mindestens eines Sensors. Die Inkrementverzahnung ist im Außenumfang in einer eine hohe Drehwinkelauflösung ermöglichenden ersten Zahnteilung ausgeführt, und am Innenumfang des Geberrades ist eine Indexverzahnung vorgesehen, mittels derer eine der Zahl von Maschinenpolen der elektrischen Maschine entsprechende Zahl von Null-Impulsen generiert werden kann. Die Inkrementverzahnung ist am Außenumfang des Geberrades kontinuierlich ausgebildet. Der Inkrementverzahnung sind am Außenumfang zur Drehrichtungserkennung der elektrischen Ma- schine ein erster und ein zweiter äußerer Sensor zugeordnet, während der Indexverzahnung am Innenumfang des Geberrades ein erster und ein zweiter innerer Sensor zugeordnet sind.
Zur Drehzahl- beziehungsweise Lage- oder Positionserkennung bei elektrischen Synchronmaschinen zum Beispiel, werden heute applikationsspezifische Sensoren eingesetzt. Je Anwendungsfall ist eine neue Konstruktion erforderlich sowie die Anschaffung der jeweils spezifischen Werkzeuge. Dazu zählen Kunststoffspritz-, Stanz- und Montagewerkzeuge, ferner Werkstückträger sowie Prüfeinrichtungen und dergleichen mehr. Bei heutigen Konstruktionen werden die Sensoren in einem Sensorgehäuse untergebracht, wobei dieses Sensorgehäuse in unmittelbarer geometrischer Abhängigkeit vom Durchmesser eines Geberrades ausgelegt wird. Ändert sich bei einer elektrischen Maschine der Geberraddurchmesser, muss demzufolge das Sensorgehäuse angepasst werden. Ändert sich die Leserichtung des Sensorsystems aufgrund anderer Einbauverhältnisse, ist ebenfalls häufig eine Anpassung des Sensorgehäuses erforderlich.
Offenbarung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Sensorkonzept bereitzustellen, welches ein variables Anbringen baugleicher Sensoren innerhalb einer elektrischen Maschine zulässt. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Software bereitzustellen, die innerhalb von Initialdrehungen der elektrischen Maschine die Sensorzuordnung zu den jeweiligen phasenverschobenen Ausgangssignalen erkennt.
Der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung folgend wird ein standardisiertes Sensorelement, welches für alle Varianten gleich ist, mit einer Flexfolie, einem Fiat Flexible Cable (FFC) oder einem Kabelbaum oder ähnlichem verbunden. An diese Flexfolie oder dieses Fiat Flexible Cable sind mindestens zwei Sensorelemente, beispielsweise im Wege des Laserschweißens, elektrisch kontaktiert. Mit dem Sensorsystem kann eine Lagebestimmung eines Körpers oder eine Winkel- und/oder Drehzahlerfassung bei beliebigen rotierenden oder drehbaren Gegenständen erfol- gen. Werden an der Flexfolie oder an dem Fiat Flexible Cable (FFC) zwei Sensorelemente elektrisch kontaktiert, so kann dieses Sensorsystem z. B. bei elektrischen Maschinen, wie z. B. Asynchronmaschinen, eingesetzt werden. Werden an der Flexfolie beziehungsweise an dem Fiat Flexible Cable (FFC) hingegen drei Sensorelemente elektrisch kontaktiert, so lässt sich das erhaltene Sensorsystem an Syn- chronmaschinen einsetzen. Die standardisierten Sensorelemente enthalten eine Sensorelektronik, welche den Einsatz der standardisierten Sensorelemente im Einsatz an elektrischen Maschinen sowohl für Asynchron- wie auch für Synchronmaschinen ermöglicht.
Die standardisiert ausgeführten Sensorelemente können in Sensorgruppen zu zwei oder drei Sensorelementen zusammengefasst werden. Die einzelnen standardisiert ausgebildeten Sensorelemente eines zwei oder mehr standardisierte Sensorelemente umfassenden Sensorsystems sind durch die flexibel ausgebildete Flexfolie beziehungsweise das Fiat Flexible Cable (FFC) miteinander verbunden. Jedem der standardisiert ausgebildeten Sensorelemente kann eine separate Montageöffnung zugeordnet sein, die z. B. in einem Abstand vom Sensorkopf der standardisierten Sensorelemente angebracht sein kann. Aufgrund der Verbindung der einzelnen standardisierten Sensorelemente über die Flexfolie beziehungsweise über die Fiat Flexible Cables (FFC) ist es möglich, z. B. bei einer Winkelmessung eines rotierenden Bauteiles, wie z. B. eines Geberrades, einer elektrischen Maschine oder dergleichen, bei der Signalwinkel von z. B. 10° verlangt werden, die geforderte Auflösung unabhängig vom Durchmesser beziehungsweise dem Umfang des abzutas- tenden Rotationskörpers durchzuführen. Durch die über die Flexfolie beziehungsweise die Fiat Flexible Cables (FFC) miteinander verbundenen standardisierten Sensorelemente kann die Flexfolie beziehungsweise können die Fiat Flexible Cables (FFC) je nach gefordertem Abstand zusammengeschoben oder weiter auseinandergezogen werden. Damit lässt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Sensorsystem an verschiedenen Durchmessern von z. B. hinsichtlich einer Winkelerfassung oder einer Drehzahlerfassung abzutastenden Rotationskörpern einsetzen, ohne dass Änderungen an einem Sensorgehäuse erforderlich würden. Die Variabilität des vorgeschlagenen Sensorsystems liegt in einer einfachen Anpassung des Abstandes der einzelnen standardisiert ausgeführten Sensorelemente relativ zueinander, so dass unterschiedliche Einsatzzwecke leicht realisiert werden können.
Aufgrund des Umstandes, dass drei standardisierte, identische Sensoren ohne Berücksichtigung der jeweiligen Signalzuordnung eingebaut werden können, stellt dies einerseits einen Vorteil bei der Montage der standardisierten Sensorelemente dar und bewirkt zum anderen eine stückzahlbedingte Kostenoptimierung der Einzelsensoren. Des Weiteren ist die Zuordnung des Steuergerätes zu einer elektrischen Maschine hinfällig. Im Fehlerfall kann das Sensorsystem beziehungsweise ein einziger Sensor ausgetauscht werden. Eine Signalplausibilisierung erfolgt bei definierter Drehrichtung und Drehzahl über die Signalfolge. Darüber hinaus ist eine Zuordnung der einzelnen Signale der jeweiligen einzelnen standardisierten Sensorelemente zum jeweiligen Phasendurchgang der elektrischen Maschine möglich, so dass mechanische Einbautoleranzen eliminiert werden können. Wird die elektrische Maschine z. B. zusammen mit einer Verbrennungskraftmaschine innerhalb eines Hybridantriebes oder als Generator an einer elektrischen Maschine eingesetzt, erfolgt nach dem Einbau der standardisierten Sensorelemente eine Selbstkalibrierung derselben. Die elektrische Maschine dreht die Verbrennungskraftmaschine durch, wobei eine beliebige Lage eines eingeprägten Drehfeldes auftritt. Aus dem eingeprägten Drehfeld folgt die Kenntnis der Flankenwinkel der Signale mit einer Genau- igkeit von ± 10°, bezogen auf den elektrischen Winkel. Damit ist der Winkel zwischen einem Geberrad und dem Rotormagneten der elektrischen Maschinen unter Berücksichtigung von Toleranzeinflüssen bekannt [Absolutlageoffset]. Die elektrische Maschine beschleunigt nun die Verbrennungskraftmaschine auf eine Start- -A- drehzahl, die für einen Erststart der Verbrennungskraftmaschine ausreichend ist. Nach erfolgreichem Start der Verbrennungskraftmaschine dreht diese selbstständig und treibt ihrerseits die elektrische Maschine an. Nunmehr werden in der elektrischen Maschine aufgrund des durch die Verbrennungskraftmaschine vorliegenden Drehmomentes Spannungen induziert. In diesem Zustand erfolgt der Start eines ersten Suchalgorithmus', innerhalb dessen eine 60°- Flankenzuordnung erfolgt. Ferner kann ein zweiter Suchalgorithmus gestartet werden, mit dessen Hilfe ein exakter Absolutlageoffset, d. h. der exakte Differenzwinkel zwischen Geberrad und Rotormagneten der elektrischen Maschine, bestimmt werden kann.
Zeichnung
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
Es zeigt:
Figur 1 das Anbringen eines elektrischen Kabelabgangs am Sensorsystem,
Figur 2 eine Endumspritzung der Sensorelemente an ihren oberen Stirnseiten zur Kapselung der elektrischen Kontaktstelle zwischen Flexfolie beziehungsweise Fiat Flexible Cable (FFC) oder ähnlichem und den Anschlusskontakten der Sensorelemente,
Figur 3 den Signalverlauf bei einer Drehung eines Geberrades für einen elektri- sehen Winkel und einen mechanischen Winkel,
Figur 4 ein erfindungsgemäßes Sensorsystem in radialer Ausrichtung zur Abtastung des Umfangs eines Rotationskörpers, wie z. B. eines Ausnehmungen und Erhebungen aufweisenden Geberrades, und
Figur 5 einen Signalverlauf bei „Vorwärtsfahrf ' mit Zuordnung der Phasen der elektrischen Maschinen.
Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt das Anbringen eines Kabelabgangs am Sensorsystem. Aus der Darstellung gemäß Figur 1 geht hervor, dass ein Kabelabgang 27 hier beispielsweise oberhalb eines zweiten standardisierten Sensormodules 12 liegt. Anstelle des in Figur 1 am zweiten standardisierten Sensorelement 12 vorgesehenen Kabelabgangs 27 könnte dieser genauso gut an einem ersten standardisierten Sensorelement 11 beziehungsweise an einem dritten standardisierten Sensorelement 13 vorgesehen sein. Mit Bezugszeichen 31 ist ein erster Abstand zwischen den einzelnen standardisierten Sensorelementen 11 beziehungsweise 12 und 12 und 13 dargestellt. Die standardisierten Sensorelemente 11, 12 beziehungsweise 13 werden mechanisch derart angeordnet, dass bei einer mechanischen Vorwärts- drehung eines Rotationskörpers, z. B. eines Geberrades, zuerst ein erstes standardisiertes Sensorelement 11 passiert wird und zuletzt z. B. das dritte standardisierte Sensorelement 13 passiert wird. Der Abstand 31, der vorzugsweise zwischen 40 und 60 mm liegt, so z. B. 57 mm, ist so gewählt, dass das erhaltene Sensorsystem bei 10°-, 20°- und 40°-Anordnungen des Sensorsystems im Gehäuse der elektri- sehen Maschine eingesetzt werden kann und demzufolge auch unterschiedlichste Rotationskörperdurchmesser abgedeckt werden können. Bei der Montage des Sensorsystems 69 werden die sich zwischen den Sensorelementen 11, 12 und gegebenenfalls 13 erstreckenden Bereiche einer Flexfolie 23 beziehungsweise eines Fiat Flexible Cables (FFC) entsprechend des sich zwischen den Sensorelementen 11, 12 oder 13 einstellenden Abstandes entweder gestaucht und damit zusammengeschoben oder auseinandergezogen.
Mittels des in Figur 1 dargestellten ersten Abstandes 31, vorzugsweise zwischen 40 mm und 60 mm, so z. B. 57 mm, zwischen den einzelnen standardisierten Sen- sorelementen 11 und 12 beziehungsweise 12 und 13, lassen sich Geberraddurchmesser von 80 mm Durchmesser bis 300 mm Durchmesser abdecken.
Nachdem der in Figur 1 dargestellte Kabelabgang 27 - im vorliegenden Ausführungsbeispiel am zweiten standardisierten Sensorelement 12 vorgesehen - herge- stellt ist, werden die standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 im Bereich ihrer elektrischen Anschlüsse 17 an einer Stirnseite 19 und an dem die Stirnseite 19 der standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 abdeckenden Teil der Flexfolie 23 mit einem Kunststoffmaterial endumspritzt. Alternativ kann die Flexfolie 23 oder das Fiat Flexible Cable (FFC) direkt mit dem IC des jeweiligen standardisierten Sensorelements 11, 12 oder 13 durch Laserschweißen, Crimpen oder andere geeignete Verfahren kontaktiert werden. Eine derartige Kontaktierung kann dann e- benfalls mit Kunststoff endumspritzt werden. Vorteile hierbei sind zum einen der Wegfall des Stanzgitters und der erforderlichen Verbindungstechnik, was die Her- stellkosten reduziert, und andererseits ein höherer Flexibilitätsgrad, falls Bauteile hinzutreten oder sich die Schnittstellen zum IC ändern, wenn z. B. von einer Zweidraht- auf eine Dreidrahtschnittstelle umgestellt wird. Dabei entsteht eine Einfassung 41, die den oberen Teil der zylinderförmig ausgebildeten Gehäuse der stan- dardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 umgibt. Die elektrische Verbindungsstelle zwischen den einzelnen elektrischen Leiterbahnen 25, die in der Flexfolie 23 verlaufen, beziehungsweise die Bereiche der Fiat Flexible Cables (FFC), die an der Stirnseite 19 der einzelnen standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 verlaufen, werden somit gekapselt und gegen Beschädigung geschützt. In jeder der End- umspritzungen 29, welche den oberen Bereich des zylinderförmig ausgebildeten Gehäuses der standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 umgibt, ist eine Montageöffnung 35 vorgesehen.
Der Darstellung gemäß Figur 2 ist entnehmbar, dass die die einzelne elektrische Leiter 25 umfassende Flexfolie 23 eben ausgebildet ist. Die Längserstreckung der Flexfolie 23 beziehungsweise von Fiat Flexible Cables (FFC), die anstelle der ebenen Flexfolie 23 eingesetzt werden können, ist durch Bezugszeichen 37 identifiziert, während die Breite der Flexfolie 23 beziehungsweise der Anordnung der Fiat Flexible Cables (FFC) durch Bezugszeichen 39 identifiziert ist. Die einzelnen End- umspritzungen 29 sind nunmehr durch die freien Bereiche der Flexfolie 23 beziehungsweise der Fiat Flexible Cables (FFC) flexibel miteinander verbunden, durch die die Handhabung beim Einbau erheblich vereinfacht wird, ohne die elektrischen Kontakte zwischen den einzelnen standardisierten Sensorelementen 11, 12 und 13 miteinander durch die Flexfolie 23 zu beeinträchtigen. Aus der Darstellung gemäß Figur 2 geht hervor, dass die dort dargestellten standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 allesamt in einem ersten Abstand 31 in Bezug auf die Mantelfläche 21 der standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 angeordnet sind. Durch die Ausbildung der Endumspritzung 29, welche im oberen Teil des zylinderförmig ausgebildeten Gehäuses die standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 in einer Einfassung 41 umgibt, sind die elektrischen Verbindungen zwischen den elektrischen Anschlüssen 17 und den elektrischen Leitern 25, die in der Flexfolie 23 verlaufen, beziehungsweise die entsprechenden Bereiche der Fiat Flexible Cables (FFC) gegen Beschädigung und Feuchtigkeit gekapselt.
Den Darstellungen gemäß der Figuren 3 und 4 ist ein Signalverlauf eines digitalen Signales bei Drehung eines Rotationskörpers zur Erfassung eines elektrischen Winkels und/oder eines mechanischen Winkels zu entnehmen. Figur 3 zeigt, dass drei standardisierte Sensorelemente 11, 12 und 13 hinsichtlich ihrer mechanischen Winkel um jeweils 10° mechanischer Winkel versetzt angeordnet sind. Dem in Figur 3 dargestellten Signalverlauf bei einer Drehung eines Rotationskörpers 50, so z. B. eines Geberrades, ist entnehmbar, dass zuerst das erste standardisierte Sensorelement 11 passiert wird und zuletzt das dritte standardisierte Sensorelement 13. In der Darstellung gemäß Figur 3 sind ein erster Signalverlauf 42 des ersten standardisierten Sensorelementes 11, ein zweiter Signalverlauf
43 des zweiten standardisierten Sensorelementes 12 sowie ein dritter Signalverlauf
44 des dritten standardisierten Sensorelementes 13 über den elektrischen Winkel φ und den mechanischen Winkel aufgetragen. Die Signalverläufe 42, 43, 44 können z. B. durch ein als Geberrad einer elektrischen Maschine ausgestalteten Rotationskörper 50 erzeugt werden.
Die jeweils den Rotationskörper 50 abtastenden Sensorelemente 11, 12 bezie- hungsweise 11, 12 und 13 nehmen jeweils durch Segmente 88, jeweils eine Ausnehmung und eine Erhebung umfassend, generierte High-Signale 45 beziehungsweise Low-Signale 46 auf. Aus der Darstellung der Signalverläufe 42, 43 und 44 gemäß Figur 5 lässt sich entnehmen, dass die jeweiligen Anfangsflanken der High- Zustände 45 in mechanischen Winkeln gesehen um 10° hintereinander liegen.
Der Rotationskörper 50 gemäß Figur 4 umfasst eine Anzahl von äquidistant angeordneten Segmenten 88 in der Anzahl n, wobei im Falle eines Geberrades als Rotationskörper 50, n = 2 p der Polpaarigkeit einer elektrischen Maschine entspricht. Der Anordnung gemäß Figur 4 ist zu entnehmen, dass sich am Außenumfang des Rotationskörpers 50 eine Einfachspur 52 befindet. Die Einfachspur 52 umfasst eine erste Ausnehmung 54, der eine erste Erhebung 62 in Umfangsrichtung nachgeordnet ist. An die erste Erhebung 62 schließt sich eine zweite Ausnehmung 56 an, der ihrerseits eine zweite Erhebung 64 nachgeordnet ist. An die zweite Erhebung 64 schließt sich eine dritte Ausnehmung 58 in der Einfachspur 52 an, der eine dritte Erhebung 66 nachgeschaltet ist. Aus der Darstellung gemäß Figur 4 geht hervor, dass die Ausnehmungen 54, 56, 58 beziehungsweise Erhebungen 62, 64, 66 durch ein Sensorsystem 69 abgetastet werden, das in Bezug auf den Rotationskörper 50 in Radialausrichtung 68 angeordnet ist. Das in Figur 4 dargestellte Sensorsystem 69 umfasst die drei standardisierten Sensorelemente 11, 12, und 13, die miteinan- der durch die Flexfolie 23 beziehungsweise die Fiat Flexible Cables (FFC) verbunden sind. Aufgrund des geringen Abstandes ist die Flexfolie 23 zu Schlaufen zusammengeschoben. Innerhalb der Einfachspur 52, gesehen in Umfangsrichtung, sind jeweils eine Ausnehmung und eine Erhebung, welche zusammen ein Segment 88 bilden, in einer Teilung 60 von z. B. 10° angeordnet. Die Teilung 60 kann selbstverständlich auch in anderen Winkelgraden als 10° ausgebildet werden, abhängig vom Durchmesser des Rotationskörpers 50 sowie der Genauigkeit, in welcher die Winkellage, die Drehzahl oder die Rotationslage des Rotationskörpers 50 erfasst werden soll. Werden ein Segment oder zwei Segmente um 360°
P i P n tvi Kf1Kl » n (mit n = 1, 2, 3, 4, 5, ... 12), was einer Segmentbreite S entspricht,
2p versetzt zueinander geordnet, was für 2 p = 12 zu einem mechanischen Winkelversatz von 30° führt, ist das hieraus generierte Signal gleich dem der vorhergehenden Position. Eine mögliche Anordnung bei einer beispielsweise 12-polpaarig ausgebil- deten elektrischen Maschine mit einer Segmentbreite S (Teilung 60) von 30° liegt z. B. bei 2 x 10° beziehungsweise 2 x 40° usw. Des Weiteren ist es auch möglich, die standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 in einer 20°-Anordnung zu montieren. Hierbei entspricht das Ausgangssignal der Bitfolge der Rückwärtsfahrt. Werden die standardisierten Sensorelemente 11, 12, 13 einer Sensorbaugruppe 69 in einem anderen mechanischen Winkel in Bezug auf den abzutastenden Rotationskörper 50 angeordnet, so ist es einfacher, die Steckerkonfiguration zu ändern. Auch die Steckerbelegung kann sich ändern, der Signalverlauf bleibt jedoch gleich.
Mögliche mechanische Anordnungen der standardisierten Sensorelemente sind demnach durch die Winkellagen 20°, 50°, 80° und 110° gegeben. Asymmetrische Anordnungen, wie sie beispielsweise durch die Winkellagen 10° beziehungsweise 40° gegeben sind, liefern ebenfalls das gleiche Signal.
Der Darstellung gemäß Figur 5 ist ein Signalverlauf bei Vorwärtsfahrt mit Zuord- nung der einzelnen Phasen der elektrischen Maschine zu entnehmen.
Aus den in Zusammenhang mit Figur 3 dargestellten Signalverläufen für „Vorwärtsfahrt" geht hervor, dass die jeweiligen Anfangssignale der Sensoren BO (11), Bl (12) und B2 (13) um 120° elektrisch zueinander versetzt sind. Innerhalb mindes- tens einer Initialdrehung der mindestens einen elektrischen Maschine wird die Signalreihenfolge der Sensorsignale wie in der Darstellung gemäß Figur 3 gezeigt, abgebildet. Die Signalfolge der in einem Sensorsystem 69 beispielsweise zusammen- gefassten drei standardisierten Sensormodule BO (11), Bl (12) und B2 (13) entspricht demnach den Phasenspannungen U, V und W der elektrischen Maschine. Damit können die einzelnen Sensorsignale eindeutig den jeweiligen Phasenspannungen der Phasen U, V und W der elektrischen Maschine zugeordnet werden sowie deren Nulldurchgängen (vergleiche Darstellung gemäß Figur 5). Aus der Darstellung gemäß Figur 5 gehen die Signalverläufe bei Vorwärtsfahrt mit Zuordnung der Phasen U, V, W zu den einzelnen Sensoren BO (11), Bl (12) sowie B2 (13) näher hervor. Im Folgenden sei ausgehend von 0° mechanischer Winkel der erste Signalverlauf 42 des ersten standardisierten Sensorelementes 11 (BO) beschrieben. Figur 5 ist entnehmbar, dass sobald das Signal des ersten standardisierten Sensorelementes 11 (BO) seinen High-Zustand 45 erreicht hat, die Phasenspannung U den Nulldurchgang passiert. Erreicht der Signalverlauf 42 bei 15° mechanischem und 180° elektrischem Winkel erneut seinen Nulldurchgang, nimmt der Signalverlauf 42 des ersten standardisierten Sensorelementes 11 seinen Low- Zustand 46 an. Jeweils phasenverschoben um 120° elektrisch beziehungsweise 10° mechanisch folgen die Phasenspannungen V und W der elektrischen Maschine, den Signalverläufen 43 des zweiten standardisierten Sensorelementes 12 (Bl) beziehungsweise dem Signalverlauf 44 des dritten standardisierten Sensorelemen- tes 13 (B2). Der Vorteil des in Zusammenhang mit Figur 6 beispielhaft erläuterten Fahrens ist darin zu erblicken, dass ein mechanischer Winkelversatz der einzelnen standardisierten Sensorelemente 11, 12 und 13 beziehungsweise BO, Bl und B2 eliminiert wird.
Mit dem beispielhaft in Zusammenhang mit Figur 5 erläuterten Verfahren ist es e- benfalls möglich, die elektrische Maschine optimal anzusteuern, da kein, beziehungsweise ein wesentlich geringerer Phasenversatz zwischen den Phasen U, V und W zu den Sensorsignalverläufen 42, 43 und 44 und den jeweiligen Phasenspannungen besteht. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kön- nen drei einzelne baugleiche, standardisierte Sensorelemente 11, 12 und 13 montiert werden, wobei auch die Zuordnung der einzelnen Leitungen beziehungsweise Kabelabgänge 24 zu diesen beliebig sein kann. Sowohl im Servicefall als auch bei der Erstinbetriebnahme kann die Software neu eingebaute standardisiert ausgebildete Sensorelemente 11, 12 und 13 wieder der entsprechenden der Phasen U, V und W zuordnen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung der Sensorzuordnung zu Ausgangssignalen einer e- lektrischen Maschine mit mindestens zwei standardisierten Sensorelementen (11, 12), die einem Rotationskörper (50) zugeordnet sind, mit nachfolgenden Verfahrensschritten:
a) es wird eine beliebige Signalreihenfolge (42, 43, 44) von Sensorsignalen der mindestens zwei standardisierten Sensorelemente (11, 12) für eine erste Drehrichtung der elektrischen Maschine erfasst, b) die beliebige Signalreihenfolge wird in Bezug auf den elektrischen Winkel der elektrischen Maschine entsprechend eines Versatzes (82) des elektrischen Winkels φ pro Sensorsignal sortiert und c) Nulldurchgänge (70, 72, 74, 76, 78, 80) von Phasen (U, V, W) der elektrischen Maschine werden den Sensorsignalen zugeordnet.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die Sensorsignale der mindestens zwei standardisierten Sensorelemente (11, 12) hinsichtlich des Auftretens eines Pegelwechsels vom Low- Zustand (46) in einen High-Zustand (45) über den elektrischen Winkel φ für ei- ne erste Drehrichtung geordnet werden.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt b) die Sensorsignale der mindestens zwei standardisierten Sensorelemente (11, 12) hinsichtlich des Auftretens eines Pegelwechsels vom High- Zustand (45) in einen Low-Zustand (46) über den elektrischen Winkel φ für die erste Drehrichtung geordnet werden.
4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten des Pegelwechsels vom Low-Zustand (46) in den High-Zustand (45) der Sen- sorsignale (42, 43, 44) ersten Nulldurchgängen (70, 74, 78) der Phasen (U, V,
W) zugeordnet wird.
5. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten des Pegelwechsels vom High-Zustand (45) in den Low-Zustand (46) der Sensorsignale (42, 43, 44) zweiten Nulldurchgängen (72, 76, 80) der Phasen (U, V, W) zugeordnet wird.
6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (82) des elektrischen Winkels φ gemäß Verfahrensschritt b) 120° beträgt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bevorzugt einer jeden der Phasen (U, V, W) der elektrischen Maschine jeweils ein standardisiertes Sensorelement (11, 12, 13) zugeordnet wird.
8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß Verfahrensschritt c) die Zuordnung der Sensorsignalverläufe (42, 43, 44) zu den Pha- sen (U, V, W) während der Initialdrehungen der elektrischen Maschine erfolgt.
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