EP2532087A2 - Sensoreinheit zur befestigung an einer elektrischen maschine sowie motorsystem - Google Patents

Sensoreinheit zur befestigung an einer elektrischen maschine sowie motorsystem

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Publication number
EP2532087A2
EP2532087A2 EP11703633A EP11703633A EP2532087A2 EP 2532087 A2 EP2532087 A2 EP 2532087A2 EP 11703633 A EP11703633 A EP 11703633A EP 11703633 A EP11703633 A EP 11703633A EP 2532087 A2 EP2532087 A2 EP 2532087A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor position
sensor unit
sensor
electrical
electric
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11703633A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Meyer
Helmut Meier
Stefan Demont
Torsten Gmuend
Marcus Meyer
Martin-Peter Bolz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching
    • H02K11/21—Devices for sensing speed or position, or actuated thereby
    • H02K11/215—Magnetic effect devices, e.g. Hall-effect or magneto-resistive elements
    • 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
    • H02P6/15—Controlling commutation time
    • H02P6/153—Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed
    • 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
    • H02P6/17—Circuit arrangements for detecting position and for generating speed information

Definitions

  • the invention relates to sensor units for determining a rotor position for operating electronically commutated electrical machines and an engine system with an electronically commutated machine.
  • the invention relates to motor systems in which sensor signals are transmitted from a position sensor to a control device for controlling the electronically commutated machine, so that the control device can perform the electronic commutation of the machine.
  • the electrical machines are multiphase motors, e.g. Synchronous motors in which, depending on the rotor position, the phase voltages are determined to produce a multi-phase, usually sinusoidal motor current corresponding to the desired requirements for speed and drive torque.
  • the rotor position is usually detected by means of a position sensor and fed in a suitable manner to a control unit for generating the control signals required for the commutation of the electric machine.
  • the position sensors either supply an analog electric power dependent on the position of the rotor Size, such as a voltage, signal pulses or already a digitized indication of the absolute rotor position, as provided for example in absolute position sensors.
  • the position sensors can be used, for example, in the form of Hall sensors, GMR
  • GMR Giant Magnetic Resistance
  • This type of position sensor outputs a voltage dependent on the rotor position voltage signal.
  • an analog-to-digital converter in the control unit, so that both the evaluation of the sensor signal and the electronic commutation is carried out in the control unit on the basis of the digitized rotor position.
  • the commutation of the electrical machine is generally carried out so that the results of the application of the phase voltages current phasor of the electric rotor position by 90 ° leading to provide a maximum torque.
  • the dependence between the operating point of the electric machine and the phase position of the optimal or the predetermined current vector depending on the rotor position can be determined by means of a motor function, which is stored for example in a motor map. When controlling the machine, this engine map is retrieved accordingly. In today's engine systems, the controller must have access to the engine map for each machine type. As a rule, the engine map is programmed into the control unit, so that the control unit is adapted to the type of electrical machine. This is expensive and it is particularly desirable to operate engine systems with standardized control units, which need not be individualized to the respective engine type. Disclosure of the invention
  • a sensor unit for attachment to an electrical machine.
  • the sensor unit comprises:
  • a position sensor for providing an indication of the electrical rotor position of a rotor of the electric machine
  • One idea of the invention is to provide a sensor unit which, in addition to the actual position sensor, also has a motor identification unit which can externally provide a modified indication of the electric rotor position.
  • a motor map is stored in the engine Kennfeldech 6, which acts on the determined rotor position or modified so that operating point dependent a lead or lag is achieved.
  • the engine map is used to specify depending on the type of electric machine, with which advance or lag the electric rotor position with respect to a conventional control, the electrical machine should be optimally controlled at certain operating points.
  • the sensor unit has an interface unit in order to communicate the corresponding modified indication of the electrical rotor position to a control unit, which is available as a standardized control unit and therefore can not take into account the particular type of electrical machine.
  • the sensor unit can be embodied as a single component, in particular separated from the control unit.
  • the position sensor may comprise a detector which outputs a voltage dependent on the rotor position, wherein the motor identifier unit is designed to digitize the voltage in order to obtain the information about the electrical rotor position.
  • the position sensor may comprise a pulse generator which generates pulses during a movement of the rotor, wherein the engine identifier unit is designed to count the pulses and to provide the counter value as the indication of the electrical rotor position.
  • the engine characteristic diagram can indicate an overfeed / lag depending on the rotational speed of the electric machine and / or depending on a desired drive torque and / or dependent on a momentary drive torque, wherein the engine characteristic field unit is designed to operate with the aid of Lead / lag modify the electrical rotor position specification to obtain the modified electrical rotor position indication.
  • an engine system in another aspect, includes:
  • An electrical machine in particular an electrically commutated machine
  • a controller for controlling the driver circuit to operate the electric machine
  • a sensor unit which is arranged on the electric machine, so that the information about the rotor position can be determined by means of the position sensor.
  • control unit can be designed to communicate an indication of a desired drive torque and / or an instantaneous drive torque to the sensor unit.
  • Figure 2 is a signal diagram showing the timing of the motor voltage and the motor current in a three-phase electronically commutated synchronous machine
  • FIG. 3 shows a signal diagram for illustrating the time profiles of the motor voltage and the motor current in a three-phase electronically commutated synchronous machine by way of example with variable pre-commutation with an intelligent sensor unit.
  • FIG. 1 shows an engine system 1 for driving an electronically commutated machine, such as e.g. a synchronous machine.
  • the illustrated synchronous machine is in the present embodiment, a three-phase synchronous machine, which is supplied via a suitable driver circuit 3 with electrical energy.
  • the driver circuit 3 is designed for a three-phase control of the synchronous machine and comprises, for example, three inverter circuits, one for each phase. Alternatively, three half-bridge circuits for controlling the individual phases of the synchronous machine 2 may be provided.
  • the driver circuit 3 provides a positive phase potential, a negative phase potential or a phase potential of 0 volts for each phase of the synchronous machine 2.
  • the control of the synchronous machine 2 is effected by 120 ° offset from each other periodic control variables, which are composed of a sequence of the above phase potentials.
  • FIG. 2 shows, for example, a signal-time diagram which shows the course of the applied phase voltages U u , U v , U w and the resulting motor currents i u , i v , i w over the electrical rotor position at a specific load and speed the synchronous machine 2 indicates.
  • the control signals for driving the driver circuit 3 are provided by a control unit 4.
  • the controller 4 is preferably formed as a conventional controller 4 provided as a standard controller for various types of engines.
  • the control unit 4 is designed to Depending on a current electrical rotor position to generate the corresponding control signals for the driver circuit 3.
  • the control signals generated by such a control unit 4 generate phase voltages, which lead to a current pointer, which has 90 ° lead with respect to an electrical rotor position. In this way, the stator magnetic field is generated perpendicular to the field magnet field to provide a maximum drive torque.
  • the electric rotor position corresponds to the mechanical rotor position divided by the number of rotor pole pairs.
  • a position sensor 5 is arranged, for example, a Hall sensor or a GMR sensor or the like.
  • the position sensor 5 usually provides an analog electrical quantity, from which the electrical rotor position of the synchronous machine 2 can be derived. As a rule, such position sensors 5 provide a voltage signal.
  • the control unit 4 has a position signal input in order to obtain an indication of a rotor position. Depending on the transmitted information about the rotor position, the control unit 4 generates control signals according to a predetermined pattern, in particular so that the current vector is leading by approximately 90 ° electrical rotor position. In general, however, it may depend on the type of electrical
  • Machine may be necessary to perform a forward or Nachkommut réelle in which the commutation of the individual phases varies depending on the speed and the drive torque to be provided and in particular the electrical rotor position is leading.
  • the engine function which maps the speed and / or the drive torque to be provided to a lead depending on the type of the electric machine, is often implemented in the structure of the motor system in the control unit 4. However, this is complicated because the control unit 4 must be adapted accordingly to different types of electrical machines.
  • the modeling unit provides a preparation with which a digital indication of the instantaneous electrical rotor position can be specified. If the position sensor supplies a voltage signal that depends on the electrical rotor position, then an analog-to-digital converter 61 can be provided in order to provide the digitized voltage signal as a digitized indication of the electrical rotor position. Alternatively, the position sensor 5 can also directly provide a digital indication of the electrical rotor position, so that no analog-to-digital converter is necessary.
  • a position counter can be provided in the chip unit 6, which provides the current rotor position by incrementing or decrementing (depending on the direction of movement of the rotor) ,
  • the digitized indication of the electric rotor position is supplied to a motor characteristic field device 62, in which, depending on a rotational speed of the synchronous machine 2 and / or depending on the electrical rotor position and / or depending on the drive torque to be provided, a modification of the specification of the electrical rotor position is performed. This modification can be done by digital or analog methods.
  • the engine mapper 62 includes an engine map that is adapted to the type of engine used and provided by the manufacturer of the synchronous machine. The engine map indicates - in degrees of electrical rotor position - which lead or lag the electronic commutation is to be set at the current operating point.
  • the specification of the electrical rotor position is added to the determined from the engine map lead or lag and the thus modified specification communicates with the electrical rotor position to the control unit 4.
  • other types of calculation can be used to apply the information about the electric rotor position, with which a lead or lag can be determined.
  • a rotational speed determination unit 63 is provided in the characteristic unit 6, which determines a rotational speed indication from chronologically consecutive information about the electrical rotor position.
  • the speed specification is calculated in a known manner from the evaluation of successive details of the electrical rotor layers by the position sensor 5.
  • the chip unit 6 further has an interface unit 64, which communicates the modified specification for the electric rotor position to the control unit 4. Furthermore, if the engine map of the engine mapping device 62 is to provide the modified electric runner attitude indication depending on a desired drive torque or momentary drive torque, the interface unit 64 may also be configured to receive the corresponding information from the controller 4 and from a controller, respectively suitable detector for detecting the motor current to receive.
  • the control unit 4 generates the control signals depending on the modified specifications of the electric rotor position, whereby the commutation takes place earlier or later by the lead or lag than is provided according to the conventional function implemented in the control unit 4.
  • control unit 4 may be designed to transmit an indication of a desired drive torque to the sensor unit 7.
  • the position sensor 5 and the chip unit 6 are integrated, e.g. to provide on a common circuit board, which is arranged on or in the synchronous machine 2.
  • the map is suitably transmitted from the Kennfeldech 6 to the control unit 4, so that the control unit 4 is adapted to the type of motor 2.
  • the modification is then carried out not in the Kennfeldech 6 but in the control panel 4 and it will be transmitted in the control unit 4, the digitized rotor position.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine als ein Einzelbauteil ausgeführte Sensoreinheit zur Befestigung an einer elektrischen Maschine, umfassend: - einen Lagesensor zur Bereitstellen einer Angabe zur elektrischen Läuferlage eines Läufers der elektrischen Maschine; - eine Motor- Kennfeldeinheit mit einer Motor-Kennfeldeinrichtung, um abhängig von der Drehzahl und/oder Drehmoment der elektrischen Maschine die Angabe mit Hilfe der Voreilung bzw. der Nacheilung zur elektrischen Läuferlage gemäß einem vorgegebenen Motor- Kennfeld zu modifizieren, und mit einer Schnittstelleneinheit, um die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage nach extern bereitzustellen.

Description

Beschreibung
Titel
Sensoreinheit zur Befestigung an einer elektrischen Maschine sowie Motorsys- tem
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft Sensoreinheiten zur Ermittlung einer Läuferlage zum Betreiben von elektronisch kommutierten elektrischen Maschinen sowie ein Motorsystem mit einer elektronisch kommutierten Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung Motorsysteme, bei denen zur Ansteuerung der elektronisch kommutierten Maschine Sensorsignale von einem Lagesensor an ein Steuergerät übermittelt werden, so dass das Steuergerät die elektronische Kommutierung der Maschine vornehmen kann.
Stand der Technik
In bürstenlosen elektronisch kommutierten elektrischen Maschinen werden abhängig von einer Läuferlage eines Läufers elektrische Ansteuergrößen an Statorwicklungen der Maschine angelegt, um diese anzutreiben. In der Regel handelt es sich bei den elektrischen Maschinen um mehrphasige Motoren, wie z.B. Synchronmotoren, bei denen abhängig von der Läuferlage die Phasenspannungen ermittelt werden, um einen mehrphasigen, in der Regel sinusförmigen Motorstrom zu erzeugen, der den gewünschten Anforderungen an Drehzahl und Antriebsmoment entspricht.
Die Läuferlage wird in der Regel mit Hilfe eines Lagesensors erfasst und in geeigneter Weise einem Steuergerät zur Generierung der für die Kommutierung der elektrischen Maschine benötigten Ansteuersignale zugeführt. Die Lagesensoren liefern entweder eine von der Lage des Läufers abhängige analoge elektrische Größe, wie z.B. eine Spannung, Signalpulse oder bereits eine digitalisierte Angabe über die absolute Läuferlage, wie sie z.B. bei absoluten Lagesensoren bereitgestellt wird. Die Lagesensoren können beispielsweise in Form von Hallsensoren, GMR-
Sensoren (GMR: Giant Magnetic Resistance), und dergleichen ausgebildet sein. Diese Art von Lagesensoren gibt ein von der Läuferlage abhängiges Spannungssignal aus. Häufig befindet sich ein Analog-Digital-Wandler in dem Steuergerät, so dass im Steuergerät anhand der digitalisierten Läuferlage sowohl die Auswer- tung des Sensorsignals als auch die elektronische Kommutierung durchgeführt wird.
Die Kommutierung der elektrischen Maschine erfolgt in der Regel so, das der sich durch das Anlegen der Phasenspannungen ergebende Stromzeiger der elektrischen Läuferlage um 90° voreilt, um ein maximales Drehmoment bereitzustellen. Es kann jedoch je nach Motorkonstruktion und Typ sinnvoll sein, abhängig von der Last und der Drehzahl der elektrischen Maschine, die Lage der Kommutierung relativ zur tatsächlichen Läuferlage betriebspunktabhängig variabel zu gestalten, d.h. abhängig von der momentanen Drehzahl der Maschine un- terschiedlich auszuführen. Mit anderen Worten ist es vom Typ des Motors abhängig, welche Verschiebung des Stromzeigers zur Ansteuerung der Maschine zur Erfüllung bestimmter Lastpunkte notwendig ist.
Die Abhängigkeit zwischen dem Betriebspunkt der elektrischen Maschine und der Phasenlage des optimalen bzw. des vorgegebenen Stromzeigers abhängig von der Rotorlage kann mit Hilfe einer Motorfunktion festgelegt sein, die beispielsweise in einem Motor-Kennfeld abgelegt ist. Bei der Ansteuerung der Maschine wird dieses Motor-Kennfeld entsprechend abgerufen. Bei heutigen Motorsystemen muss für jeden Maschinentyp das Steuergerät Zugriff auf das Motor-Kennfeld haben. In der Regel wird das Motor-Kennfeld in das Steuergerät programmiert, so dass das Steuergerät an den Typ der elektrischen Maschine angepasst ist. Dies ist aufwendig und es ist insbesondere wünschenswert, Motorsysteme mit standardisierten Steuergeräten zu betreiben, die nicht auf den jeweiligen Motortyp individualisiert werden müssen. Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch die Sensoreinheit gemäß Anspruch 1 , sowie durch das Motorsystem gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem Aspekt ist eine Sensoreinheit zur Befestigung an einer elektrischen Maschine vorgesehen. Die Sensoreinheit umfasst:
- einen Lagesensor zur Bereitstellen einer Angabe zur elektrischen Läuferlage eines Läufers der elektrischen Maschine;
- eine Motor-Kennfeldeinheit mit einer Motor-Kennfeldeinrichtung, um betriebspunktabhängig die Angabe zur elektrischen Läuferlage gemäß einem vorgegebenen Motor-Kennfeld zu modifizieren und mit einer Schnittstelleneinheit, um die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage nach extern bereitzustellen.
Eine Idee der Erfindung besteht darin eine Sensoreinheit vorzusehen, die neben dem eigentlichen Lagesenor auch eine Motor-Kennfeldeinheit aufweist, die eine modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage extern bereitstellen kann. Dazu ist in der Motor-Kennfeldeinheit 6 ein Motor-Kennfeld hinterlegt, das die ermittelte Läuferlage so beaufschlagt bzw. modifiziert, dass betriebspunktabhängig eine Vor- oder Nacheilung erreicht wird. Das Motor-Kennfeld dient dazu, abhängig vom Typ der elektrischen Maschine vorzugeben, mit welcher Vor- oder Nacheilung der elektrischen Läuferlage bezüglich einer herkömmlichen Ansteuerung die elektrische Maschine bei bestimmten Betriebspunkten optimal angesteuert werden soll. Dazu weist die Sensoreinheit eine Schnittstelleneinheit auf, um die entsprechende modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage an ein Steuergerät zu kommunizieren, das als standardisiertes Steuergerät erhältlich ist und daher den bestimmten Typ der elektrischen Maschine nicht berücksichtigen kann.
Weiterhin kann die Sensoreinheit als ein Einzelbauteil, insbesondere von dem Steuergerät getrennt, ausgeführt sein. Gemäß einer Ausführungsform kann der Lagesensor einen Detektor umfassen, der abhängig von der Läuferlage eine Spannung ausgibt, wobei die Motor- Kennfeldeinheit ausgebildet ist, die Spannung zu digitalisieren, um die Angabe zur elektrischen Läuferlage zu erhalten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Lagesensor einen Pulsgeber umfassen, der bei einer Bewegung des Läufers Pulse generiert, wobei die Motor- Kennfeldeinheit ausgebildet ist, die Pulse zu zählen und den Zählerwert als die Angabe zur elektrischen Läuferlage bereitzustellen.
Weiterhin kann das Motor-Kennfeld abhängig von einer Drehzahlangabe über die Drehzahl der elektrischen Maschine und/oder abhängig von einem gewünschten Antriebsmoment und/oder abhängig von einem momentanen Antriebsmoment eine Voreilung/Nacheilung angeben, wobei die Motor-Kennfeldeinheit ausgebildet ist, um mit Hilfe der Voreilung/Nacheilung die Angabe zur elektrischen Läuferlage zu modifizieren, um die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage zu erhalten.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem vorgesehen. Das Motorsystem umfasst:
- eine elektrische Maschine, insbesondere eine elektrisch kommutierte Maschine;
- eine Treiberschaltung zum Ansteuern der elektrischen Maschine;
- ein Steuergerät zum Steuern der Treiberschaltung, um die elektrische Maschine zu betreiben;
- eine Sensoreinheit, die an der elektrischen Maschine angeordnet ist, so dass mit Hilfe des Lagesensors die Angabe über die Läuferlage ermittelbar ist.
Weiterhin kann das Steuergerät ausgebildet sein, um eine Angabe über ein gewünschtes Antriebsmoment und/oder über ein momentanes Antriebsmoment an die Sensoreinheit zu kommunizieren.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Motorsystem mit einer Sensoreinheit gemäß einer Ausführungsform;
Figur 2 ein Signal-Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Verläufe der Motorspannung und des Motorstroms bei einer dreiphasigen elektronisch kommutierten Synchronmaschine; und
Figur 3 ein Signal-Diagramm zur Darstellung der zeitlichen Verläufe der Motorspannung und des Motorstroms bei einer dreiphasigen elektronisch kommutierten Synchronmaschine beispielhaft bei variabler Vorkommutierung mit einer intelligenten Sensoreinheit.
Beschreibung der Ausführungsformen
Figur 1 zeigt ein Motorsystem 1 zur Ansteuerung einer elektronisch kommutierten Maschine, wie z.B. eine Synchronmaschine. Die dargestellte Synchronmaschine ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine dreiphasige Synchronmaschine, die über eine geeignete Treiberschaltung 3 mit elektrischer Energie versorgt wird. Die Treiberschaltung 3 ist für eine dreiphasige Ansteuerung der Synchronmaschine ausgelegt und umfasst dazu beispielsweise drei Inverterschaltungen, eine für jede Phase. Alternativ können drei Halb-Brückenschaltungen zur Ansteuerung der einzelnen Phasen der Synchronmaschine 2 vorgesehen sein.
Abhängig von zugeführten Steuersignalen stellt die Treiberschaltung 3 ein positives Phasenpotenzial, ein negatives Phasenpotenzial oder ein Phasenpotenzial von 0 Volt für jede Phase der Synchronmaschine 2 zur Verfügung. In der Regel erfolgt die Ansteuerung der Synchronmaschine 2 durch um 120° zueinander versetzten periodischen Ansteuergrößen, die sich aus einer Abfolge der obigen Phasenpotenziale zusammensetzen. In Figur 2 ist beispielsweise ein Signal-Zeit- Diagramm dargestellt, das den Verlauf der angelegten Phasenspannungen Uu, Uv, Uw und die dadurch resultierende Motorströme iu, iv, iw über der elektrischen Läuferlage bei einer bestimmten Last und Drehzahl der Synchronmaschine 2 angibt.
Die Steuersignale zur Ansteuerung der Treiberschaltung 3 werden von einem Steuergerät 4 bereitgestellt. Das Steuergerät 4 ist vorzugsweise als ein herkömmliches Steuergerät 4 ausgebildet, das als ein Standard-Steuergerät für verschiedene Motortypen bereitgestellt wird. Das Steuergerät 4 ist ausgebildet, um abhängig von einer momentanen elektrischen Läuferlage die entsprechenden Steuersignale für die Treiberschaltung 3 zu generieren. Die Steuersignale, die von einem solchen Steuergerät 4 generiert werden, erzeugen Phasenspannungen, die zu einem Stromzeiger führen, der 90° Voreilung bezüglich einer elektri- sehen Läuferlage hat. Auf diese Weise wird das Statormagnetfeld senkrecht zu dem Erregermagnetfeld erzeugt, um ein maximales Antriebsmoment bereitzustellen. Die elektrische Läuferlage entspricht der mechanischen Läuferlage dividiert durch die Anzahl der Läuferpolpaare. An der Synchronmaschine 2 ist ein Lagesensor 5 angeordnet, z.B. ein Hallsensor oder ein GMR-Sensor oder dergleichen. Der Lagesensor 5 liefert in der Regel eine analoge elektrische Größe, aus dem die elektrische Läuferlage der Synchronmaschine 2 ableitbar ist. In der Regel liefern derartige Lagesensoren 5 ein Spannungssignal.
Das Steuergerät 4 weist einen Lagesignaleingang auf, um eine Angabe über eine Läuferlage zu erhalten. Abhängig von der übermittelten Angabe über die Läuferlage generiert das Steuergerät 4 Steuersignale nach einem vorbestimmten Muster, insbesondere so, dass der Stromzeiger etwa um 90° elektrische Rotorlage voreilend ist. Im allgemeinen kann es jedoch abhängig vom Typ der elektrischen
Maschine notwendig sein, eine Vor- oder Nachkommutierung durchzuführen, bei der die Kommutierung der einzelnen Phasen abhängig von der Drehzahl und dem bereitzustellenden Antriebsmoment variiert und insbesondere der elektrischen Läuferlage voreilend ist. Die Motor-Funktion, die abhängig vom Typ der elektrischen Maschine die Drehzahl und/oder das bereitzustellende Antriebsmoment auf eine Voreilung abbildet, wird häufig bei dem Aufbau des Motorsystems in der Steuereinheit 4 implementiert. Dies ist jedoch aufwändig, da die Steuereinheit 4 entsprechend auf verschiedene Typen von elektrischen Maschinen an- gepasst werden muss.
Um die Synchronmaschine 2 gemäß seiner individuellen Kennlinie mit einem herkömmlichen nicht an den vorliegenden Motortyp angepassten Steuergerät 4 zu betreiben, ist nun vorgesehen, den Lagesensor 5 mit einer Kennfeldeinheit 6 in einer gemeinsamen Sensoreinheit 7 zu koppeln, die an der Synchronmaschine 2 angeordnet ist. Die Sensoreinheit 7 erfasst die absolute elektrische Läuferlage, stellt eine Angabe hierüber als digitale oder analoge Angabe bereit und ermittelt gemäß einem Motor-Kennfeld 62 eine modifizierte Läuferlage, die an die Steuereinheit 4 in analoger oder digitaler Weise kommuniziert wird.
Je nach verwendetem Lagesensor 5 stellt die Kennfeldeinheit eine Aufbereitung zur Verfügung, mit der eine digitale Angabe über die momentane elektrische Läuferlage angegeben werden kann. Liefert der Lagesensor ein von der elektrischen Läuferlage abhängiges Spannungssignal, so kann ein Analog-Digital-Wandler 61 vorgesehen sein, um als digitalisierte Angabe zur elektrischen Läuferlage das digitalisierte Spannungssignal bereitzustellen. Alternativ kann der Lagesensor 5 auch direkt eine digitale Angabe zur elektrischen Läuferlage bereitstellen, so dass kein Analog-Digital-Wandler notwendig ist. Ist der Lagesensor als Pulsgeber ausgebildet, der bei einer Bewegung des Läufers um eine bestimmte Winkel- lageeinen Signalpuls ausgibt, so kann in der Kennfeldeinheit 6 ein Lagezähler vorgesehen sein, der durch Inkrementieren bzw. Dekrementieren (je nach Bewegungsrichtung des Läufers) die aktuelle Läuferlage bereithält.
Die digitalisierte Angabe zur elektrischen Läuferlage wird einer Motor- Kennfeldeinrichtung 62 zugeführt, in der abhängig von einer Drehzahl der Synchronmaschine 2 und/oder abhängig von der elektrischen Läuferlage und/oder abhängig von dem bereitzustellenden Antriebsmoment eine Modifikation der Angabe zur elektrischen Läuferlage durchgeführt wird. Diese Modifikation kann durch digitale oder analoge Verfahren erfolgen. Die Motor-Kennfeldeinrichtung 62 umfasst ein Motor-Kennfeld, das auf den verwendeten Motortyp angepasst ist und von dem Hersteller der Synchronmaschine bereitgestellt wird. Das Motorkennfeld gibt an - in Grad elektrischer Läuferlage - welche Voreilung oder Nacheilung der elektronischen Kommutierung bei dem momentane Betriebspunkt eingestellt werden soll. Dazu wird der Angabe zur elektrischen Läuferlage die aus dem Motorkennfeld ermittelte Voreilung oder Nacheilung hinzu addiert und die so modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage an die Steuereinheit 4 kommuniziert. Alternativ können auch andere Berechnungsarten zur Beaufschlagung der Angabe zur elektrischen Läuferlage verwendet werden, mit denen sich eine Voreilung oder Nacheilung ermitteln lässt. Für die Ermittlung der Drehzahl der Synchronmaschine 2 wird in der Kennfeldeinheit 6 eine Drehzahlermittlungseinheit 63 vorgesehen, die aus zeitlich aufeinanderfolgenden Angaben zur elektrischen Läuferlage eine Drehzahlangabe ermittelt. Die Drehzahlangabe wird in bekannter Weise aus der Auswertung aufein- ander folgenden Angaben zur elektrischen Läuferlagen durch den Lagesensor 5 berechnet.
Die Kennfeldeinheit 6 weist weiterhin eine Schnittstelleneinheit 64 auf, die die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage an die Steuereinheit 4 kommuniziert. Weiterhin kann, wenn das Motor-Kennfeld der Motor-Kennfeldeinrichtung 62 die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage abhängig von einem gewünschten Antriebsmoment oder von einem momentanen Antriebsmoment bereitstellen soll, die Schnittstelleneinheit 64 auch ausgebildet sein, die entsprechende Information von dem Steuergerät 4 bzw. von einem geeigneten Detektor zur Erfassung des Motorstroms zu empfangen.
Die Steuereinheit 4 erzeugt die Steuersignale abhängig von der modifizierten Angaben zur elektrischen Läuferlage, wodurch durch die Voreilung oder Nacheilung die Kommutierung früher bzw. später erfolgt, als gemäß der herkömmlichen in dem Steuergerät 4 implementierten Funktion vorgesehen ist.
Bei Bedarf kann das Steuergerät 4 ausgebildet sein, eine Angabe zu einem gewünschten Antriebsmoment an die Sensoreinheit 7 zu übermitteln.
Vorzugsweise ist vorgesehen, den Lagesensor 5 und die Kennfeldeinheit 6 integriert, z.B. auf einer gemeinsamen Leiterplatte vorzusehen, die an oder in der Synchronmaschine 2 angeordnet ist.
Bei einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, das beim Aufbau des mo- torsystems 1 das Kennfeld in geeigneter Weise aus der Kennfeldeinheit 6 zu dem Steuergerät 4 übertragen wird, so dass das Steuergerät 4 an den Typ des Motors 2 angepasst wird. Die Modifizierung erfolgt dann nicht in der Kennfeldeinheit 6 sondern im Steuerfeld 4 und es werden im Steuergerät 4 die digitalisierte Rotorlage übertragen.

Claims

Ansprüche
1 . Sensoreinheit zur Befestigung an einer elektrischen Maschine (2), umfassend:
- einen Lagesensor (5) zur Bereitstellen einer Angabe zur elektrischen Läuferlage eines Läufers der elektrischen Maschine;
- eine Motor-Kennfeldeinheit (6) mit einer Motor-Kennfeldeinrichtung (62), um betriebspunktabhängig die Angabe zur elektrischen Läuferlage gemäß einem vorgegebenen Motor-Kennfeld zu modifizieren, und mit einer Schnittstelleneinheit, um die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage nach extern bereitzustellen.
2. Sensoreinheit nach Anspruch 1 , wobei die Sensoreinheit als ein Einzelbauteil ausgeführt ist.
3. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lagesensor (5) einen Detektor umfasst, der abhängig von der Läuferlage eine Spannung ausgibt, wobei die Motor-Kennfeldeinheit (6) ausgebildet ist, die Spannung zu digitalisieren, um die Angabe zur elektrischen Läuferlage zu erhalten.
4. Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Lagesensor einen Pulsgeber umfasst, der bei einer Bewegung des Läufers Pulse generiert, wobei die Motor-Kennfeldeinheit (6) ausgebildet ist, die Pulse zu zählen und den Zählerwert als die Angabe zur elektrischen Läuferlage bereitzustellen.
5. Sensoreinheit nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Motor- Kennfeld abhängig von einer Drehzahlangabe über die Drehzahl der elektrischen Maschine (2) und/oder abhängig von einem gewünschten Antriebsmoment und/oder abhängig von einem momentanen Antriebsmoment eine Voreilung oder eine Nacheilung angibt, wobei die Motor-Kennfeldeinheit (6) ausgebildet ist, um mit Hilfe der Voreilung bzw. der Nacheilung die Angabe zur elektrischen Läuferlage zu modifizieren, um die modifizierte Angabe zur elektrischen Läuferlage zu erhalten.
6. Motorsystem (1 ) umfassend:
- eine elektrische Maschine (2);
- eine Treiberschaltung (3) zum Ansteuern der elektrischen Maschine;
- ein Steuergerät (4) zum Steuern der Treiberschaltung (3), um die elektrische Maschine zu betreiben;
- eine Sensoreinheit (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die an der elektrischen Maschine angeordnet ist, so dass mit Hilfe des Lagesensors die Angabe über die Läuferlage ermittelbar ist.
7. Motorsystem nach Anspruch , wobei das Steuergerät (5) ausgebildet ist, um eine Angabe über ein gewünschtes Antriebsmoment und/oder über ein momentanes Antriebsmoment an die Sensoreinheit (5) zu kommunizieren.
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