FR2984497A1 - METHOD AND DEVICE FOR DETERMINING THE TORQUE OF AN ELECTRIC MOTOR AND MOTOR ASSEMBLY WITH AN ELECTRIC MOTOR - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un procédé de détermination du couple d'un moteur électrique avec un boîtier, un arbre logé de manière rotative dans le boîtier et un rotor relié fixement à l'arbre, le procédé présentant les étapes suivantes : - calculer (S100) une grandeur m pour la distance a dans le sens axial de l'arbre entre un point de référence sur le boîtier et un point de référence sur le rotor ; - déterminer (S200) le couple M à l'aide d'une courbe caractéristique pour le rapport entre la distance a et le couple M ; - l'amplitude A d'un signal d'une unité de détection mesurant des angles de rotation du moteur électrique étant utilisée comme grandeur m pour la distance a.The present invention relates to a method for determining the torque of an electric motor with a housing, a shaft rotatably housed in the housing and a rotor fixedly connected to the shaft, the method having the following steps: - calculating (S100) a magnitude m for the distance a in the axial direction of the shaft between a reference point on the housing and a reference point on the rotor; determining (S200) the torque M using a characteristic curve for the ratio between the distance a and the torque M; the amplitude A of a signal of a detection unit measuring angles of rotation of the electric motor being used as magnitude m for the distance a.
Description
PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION DU COUPLE D'UN MOTEUR ÉLECTRIQUE ET ENSEMBLE DE MOTEUR AVEC UN MOTEUR ÉLECTRIQUE La présente invention concerne un procédé et un dispositif de détermination du couple d'un moteur électrique, par exemple dans un véhicule automobile. Elle concerne en outre un ensemble de moteur qui comporte un moteur électrique. Dans des véhicules automobiles modernes, de plus en plus de moteurs électriques sont installés en guise de moteurs d'entraînement. Le rotor du moteur électrique est logé de manière rotative sur un arbre, dont une extrémité présente typiquement une denture hélicoïdale. Le logement de l'arbre peut être réalisé en particulier comme décrit dans le document DE 10 2008 028 607 Al à l'aide d'un ou plus éléments de ressort. The present invention relates to a method and a device for determining the torque of an electric motor, for example in a motor vehicle. It further relates to an engine assembly which comprises an electric motor. In modern motor vehicles, more and more electric motors are installed as drive motors. The rotor of the electric motor is rotatably housed on a shaft, one end of which typically has a helical cut. The housing of the shaft can be made in particular as described in DE 10 2008 028 607 A1 using one or more spring elements.
Un capteur d'angle de rotation est typiquement prévu afin de déterminer les grandeurs de vitesse de rotation et d'angle de rotation nécessaires à la régulation du moteur électrique. Pour mesurer directement le couple, aucun capteur n'est prévu la plupart du temps bien qu'il existe une pluralité de capteurs de vitesse de rotation. Ceux-ci sont en effet très compliqués du point de vue technique et souvent sujets aux erreurs et à l'usure. A la place, le couple peut être calculé à partir des courants mesurés, de l'angle de rotation mesuré ainsi que divers paramètres du moteur. Pour une machine synchrone à excitation séparée, il s'applique par exemple M = 3/2*Zp*(Mdelelq+((Ld-Lq)*Ielq)), M étant le couple, le le courant du rotor, Id, lq les courants du stator dans des coordonnées de champ et Ld, Lq et Mde des inductances de moteur. Le calcul par le bilan de puissance constitue une autre possibilité : M = Udc-Idc*r1/21-r*n, Uds étant la tension de circuit intermédiaire mesurée, Id, le courant de circuit intermédiaire calculé la plupart du temps à partir des courants de phase, 1-1 le rendement du moteur et du convertisseur et n la vitesse de rotation. Ce procédé est toutefois très imprécis en particulier à de basses vitesses de rotation. A rotation angle sensor is typically provided to determine the rotational speed and rotation angle quantities required for the regulation of the electric motor. To directly measure the torque, no sensor is provided most of the time although there is a plurality of rotational speed sensors. These are indeed very complicated from a technical point of view and often subject to errors and wear. Instead, the torque can be calculated from the measured currents, the measured rotation angle and various engine parameters. For a synchronous machine with separate excitation, it applies for example M = 3/2 * Zp * (Mdelelq + ((Ld-Lq) * Ielq)), M being the torque, the current of the rotor, Id, lq the stator currents in field coordinates and Ld, Lq and Mde of motor inductances. The power balance calculation is another possibility: M = Udc-Idc * r1 / 21-r * n, Uds being the measured intermediate circuit voltage Id, the intermediate circuit current calculated most of the time from phase currents, 1-1 the efficiency of the motor and the converter and n the speed of rotation. This method is, however, very imprecise especially at low rotational speeds.
Afin de satisfaire aux exigences en termes de sécurité, le couple doit actuellement être déterminé de deux manières indépendantes. Dans la pratique, on prévoit à cet effet la plupart du temps des capteurs redondants qui déterminent le couple de manière techniquement identique. In order to meet security requirements, the pair must currently be determined in two independent ways. In practice, it is expected for this purpose most of the time redundant sensors that determine the torque in a technically identical manner.
La présente invention a par conséquent pour objectif d'indiquer un procédé le plus simple possible pour déterminer indépendamment le couple d'un moteur électrique. La présente invention a pour autre objectif d'indiquer un ensemble de moteur avec un moteur électrique qui permet une détermination fiable et simultanément simple du point de vue technique du couple. Un aspect de l'invention concerne un procédé de détermination du couple d'un moteur électrique avec un boîtier. Le moteur électrique comporte un arbre logé de manière rotative dans le boîtier et un rotor relié de manière fixe ou solidaire en rotation avec l'arbre. L'arbre est logé de manière à pouvoir tourner dans le boîtier autour d'un axe de rotation s'étendant dans la direction axiale de l'arbre. Une grandeur m pour la distance a dans le sens axial de l'arbre entre un point de référence sur le boîtier et un point de référence sur le rotor est déterminée. Puis le couple m est déterminé à partir de la grandeur déterminée m et à l'aide d'une courbe caractéristique pour le rapport entre la distance a ou la grandeur m et le couple M. L'amplitude A du signal d'une unité de détection surveillant ou mesurant l'angle de rotation du moteur électrique ou du rotor du moteur électrique, par exemple un capteur d'angle de rotation, est utilisée comme grandeur m pour la distance a. Par amplitude A, on doit entendre ici non seulement au sens strict la valeur maximale du signal sinusoïdal mais aussi des grandeurs dérivées telles que la valeur effective ou l'amplitude globale calculée selon Pythagore A = \/(sin2(x)+cos2(x)). The present invention therefore aims to indicate a method as simple as possible to independently determine the torque of an electric motor. Another object of the present invention is to indicate a motor assembly with an electric motor which allows a reliable and simultaneously simple determination of the technical point of view of the torque. One aspect of the invention relates to a method for determining the torque of an electric motor with a housing. The electric motor comprises a shaft rotatably housed in the housing and a rotor connected in a fixed manner or fixed in rotation with the shaft. The shaft is rotatably housed around an axis of rotation extending in the axial direction of the shaft. A magnitude m for the distance a in the axial direction of the shaft between a reference point on the housing and a reference point on the rotor is determined. Then the torque m is determined from the determined quantity m and using a characteristic curve for the ratio between the distance a or the magnitude m and the torque M. The amplitude A of the signal of a unit of detection monitoring or measuring the angle of rotation of the electric motor or the rotor of the electric motor, for example a rotation angle sensor, is used as the magnitude m for the distance a. By amplitude A, we must not only hear in the strict sense the maximum value of the sinusoidal signal but also derived quantities such as the effective value or the global amplitude calculated according to Pythagoras A = \ / (sin2 (x) + cos2 (x )).
Pour ce procédé, on profite que les amplitudes de signal de l'unité de détection installée de toute façon dans le véhicule dépendent de la distance. Une telle unité de détection présente typiquement un élément de détection qui est disposé sur le boîtier et une ou plusieurs pistes de détection sur le rotor. Elle fournit un signal de sinus/cosinus qui présente selon la configuration de la piste de détection plusieurs périodes par rotation mécanique. For this process, it is advantageous if the signal amplitudes of the detection unit installed anyway in the vehicle depend on the distance. Such a detection unit typically has a sensing element which is disposed on the housing and one or more sensing tracks on the rotor. It provides a sine / cosine signal which has, according to the configuration of the detection track, several periods per mechanical rotation.
Par boîtier, on entend ici et par la suite la totalité des composants qui sont reliés au stator fixe et contre lesquels l'arbre moteur est logé de manière rotative avec le rotor, le stator devant aussi être inclus. Le procédé utilise la connaissance selon laquelle le rotor se déplace alternativement dans la direction axiale, c'est-à-dire en direction de l'axe qui lui est lié, en fonction du signe du couple. Et ce parce que la denture hélicoïdale de l'arbre se situe sur son extrémité côté engrenage. Un tel déplacement axial peut toutefois aussi survenir pour des arbres sans denture hélicoïdale en raison du biseau de rainure dans le paquet de tôles du rotor ou stator car des forces axiales qui déplacent le rotor surviennent ici aussi. L'arbre avec le rotor peut être décalé d'une étendue qui comporte le jeu réel du palier menant l'arbre dans le boîtier ainsi que la course du ressort logeant l'arbre. Si le véhicule est accéléré électriquement, le rotor est déplacé avec l'arbre dans une direction (par exemple vers l'engrenage). Si le véhicule est freiné électriquement, le rotor est déplacé dans l'autre direction (par exemple loin de l'engrenage). En raison du déplacement, la distance a entre le point de référence sur le boîtier et celui sur le rotor se modifie si le couple change son signe et l'arbre se décale contre le boîtier. Le palier est pressé dans une certaine direction par des rondelles-ressorts. Si les forces axiales induites par le couple généré par le moteur sont supérieures à la force de ressort, le rotor se déplace dans l'autre direction. Typiquement, une force relativement moindre est suffisante afin de presser l'arbre respectivement dans la butée. Cela signifie que l'arbre se déplace après un changement de signe du couple ou après le démarrage relativement rapidement dans l'une de ses positions finales. Il est toutefois possible de manipuler ce comportement de manière appropriée par une conception correspondante du logement et éventuellement de la denture hélicoïdale. La position de l'arbre ou la distance mesurée a dépend ainsi directement du couple de moteur. Le procédé met par conséquent à disposition une possibilité particulièrement simple de mesurer le couple. Dans un mode de réalisation, la moyenne des valeurs d'amplitude du signal est calculée par le biais d'un nombre entier n de rotations mécaniques du rotor pour la détermination de l'amplitude A. Comme le signal de sinus/cosinus présente selon la configuration de la piste de détection plusieurs périodes par rotation mécanique qui ne doivent pas être tout à fait identiques par exemple à la suite d'un léger vacillement du rotor, on obtient en faisant la moyenne une valeur moyenne d'amplitude A semblable fiable. Un autre aspect de l'invention indique un produit de programme informatique qui s'il est réalisé sur un dispositif pour la commande du moteur électrique par exemple sur un appareil de commande d'un moteur électrique, guide le dispositif ou l'appareil de commande de moteur dans la réalisation du procédé décrit. Le procédé peut être utilisé en particulier pour tous les moteurs électriques pouvant être commandés avec un convertisseur, non seulement mais en particulier aussi dans des véhicules automobiles entraînés électriquement. Selon un autre aspect de l'invention, le procédé est utilisé en conséquence pour déterminer le couple d'un moteur électrique dans un véhicule automobile. Un autre aspect de l'invention met à disposition un dispositif de commande d'un moteur électrique qui présente un boîtier, un arbre logé de manière rotative dans le boîtier et un rotor relié de manière fixe ou solidaire en rotation à l'arbre. Le dispositif présente une unité de détection par exemple un capteur d'angle de rotation et une unité de détermination. L'unité de détection est réalisée de sorte à mesurer l'angle de rotation du rotor du moteur électrique et à transmettre cet angle de rotation mesuré, donc la grandeur mesurée, sous la forme d'un signal à l'unité de détermination. Celle-ci est réalisée de sorte à déterminer le couple M du moteur électrique à partir de ce signal reçu par l'unité de détection et à l'aide d'une courbe caractéristique pour le rapport entre la distance a ou une grandeur m pour la distance a et le couple M, l'unité de détermination utilisant comme grandeur m pour la distance a l'amplitude A du signal de l'unité de détection. Un autre aspect de l'invention indique un ensemble de moteur avec un moteur électrique. Le moteur électrique comporte un stator relié fixement à un boîtier, un arbre logé de manière rotative dans le boîtier et un rotor relié de manière fixe ou solidaire en rotation à l'arbre. De plus, l'ensemble de moteur ou le moteur électrique de l'ensemble de moteur comporte une unité de détection pour la mesure d'un angle de rotation du rotor du moteur électrique. L'ensemble de moteur comporte de plus une unité de détermination pour la détermination du couple M à l'aide d'une courbe caractéristique pour le rapport entre la distance a ou une grandeur m pour la distance a et le couple M. L'unité de détermination est réalisée de manière à utiliser l'amplitude A d'un signal de l'unité de détection comme grandeur m pour la distance a pour la détermination du couple M. By housing means here and thereafter all of the components that are connected to the fixed stator and against which the motor shaft is rotatably housed with the rotor, the stator must also be included. The method uses the knowledge that the rotor moves alternately in the axial direction, i.e. in the direction of the axis which is related thereto, depending on the sign of the torque. And this because the helical gearing of the shaft is located on its end gear side. Such axial displacement can, however, also occur for shafts without helical teeth because of the groove bevel in the rotor or stator laminations because axial forces that move the rotor occur here as well. The shaft with the rotor can be shifted by an extent that includes the actual clearance of the bearing leading the shaft into the housing as well as the stroke of the spring housing the shaft. If the vehicle is electrically accelerated, the rotor is moved with the shaft in one direction (eg towards the gear). If the vehicle is electrically braked, the rotor is moved in the other direction (eg away from the gear). Due to the displacement, the distance a between the reference point on the housing and that on the rotor changes if the torque changes its sign and the shaft shifts against the housing. The bearing is pressed in a certain direction by spring washers. If the axial forces induced by the torque generated by the motor are greater than the spring force, the rotor moves in the other direction. Typically, a relatively lower force is sufficient to press the shaft respectively into the abutment. This means that the shaft moves after a sign change of torque or after starting relatively quickly in one of its end positions. However, it is possible to manipulate this behavior appropriately by a corresponding design of the housing and possibly the helical toothing. The position of the shaft or the measured distance thus depends directly on the motor torque. The method therefore provides a particularly simple possibility of measuring the torque. In one embodiment, the average of the amplitude values of the signal is calculated by means of an integer n of mechanical rotations of the rotor for the determination of the amplitude A. As the sine / cosine signal present according to the configuration of the detection track several periods by mechanical rotation which do not have to be quite identical for example as a result of a slight flickering of the rotor, we obtain by averaging a mean value of amplitude A similar reliable. Another aspect of the invention indicates a computer program product which if it is realized on a device for the control of the electric motor for example on a control apparatus of an electric motor, guides the device or the control apparatus in the embodiment of the method described. The method can be used in particular for all electric motors that can be controlled with a converter, not only but particularly also in motor vehicles driven electrically. According to another aspect of the invention, the method is used accordingly to determine the torque of an electric motor in a motor vehicle. Another aspect of the invention provides a control device of an electric motor which has a housing, a shaft rotatably housed in the housing and a rotor fixedly connected or rotatably connected to the shaft. The device has a detection unit, for example a rotation angle sensor and a determination unit. The detection unit is designed to measure the rotation angle of the rotor of the electric motor and to transmit this measured rotation angle, thus the measured quantity, in the form of a signal to the determination unit. This is performed so as to determine the torque M of the electric motor from this signal received by the detection unit and using a characteristic curve for the ratio between the distance a or a magnitude m for the distance a and the torque M, the determination unit using as magnitude m for the distance to the amplitude A of the signal of the detection unit. Another aspect of the invention indicates a motor assembly with an electric motor. The electric motor comprises a stator fixedly connected to a housing, a shaft rotatably housed in the housing and a rotor fixedly connected or rotatably connected to the shaft. In addition, the motor assembly or the electric motor of the motor assembly includes a detection unit for measuring an angle of rotation of the rotor of the electric motor. The motor assembly further comprises a determination unit for determining the torque M using a characteristic curve for the ratio between the distance a or a magnitude m for the distance a and the torque M. The unit of determination is carried out so as to use the amplitude A of a signal of the detection unit as magnitude m for the distance a for the determination of the torque M.
Selon un mode de réalisation, l'arbre et le boîtier ou le logement de l'arbre dans le boîtier sont configurés de telle manière que la fonction de la grandeur m pour la distance a en fonction du couple M du moteur électrique pour la partie principale de ses arguments soit strictement monotone. According to one embodiment, the shaft and the housing or housing of the shaft in the housing are configured in such a way that the function of the magnitude m for the distance has a function of the torque M of the electric motor for the main part. of his arguments is strictly monotonous.
Par présence de stricte monotonie pour la partie principale des arguments de la fonction, on entend que la fonction est strictement monotone sur une large partie de sa zone d'argument à savoir pour au moins la moitié de ses arguments. En cas de moteurs électriques utilisés actuellement typiquement dans des véhicules automobiles avec un couple maximum d'environ 220 Nm, des valeurs comprises entre -220 Nm et +220 Nm se produisent en théorie pour le couple, il s'agit par conséquent de la zone d'argument de la fonction qui décrit le rapport entre la distance et le couple. Selon un mode de réalisation, la fonction de la grandeur m pour la distance a en fonction du couple M du moteur électrique dans une plage entre -220 Nm et +220 Nm, de préférence entre -200 Nm et +200 Nm, en particulier entre -110 Nm et +110 Nm, est strictement monotone. Pour des moteurs électriques plus forts ou plus faibles, il se produit de manière correspondante des plages de plus stricte monotonie. Ces plages ne doivent pas être disposées de manière symétrique autour du point zéro du couple. Au contraire, elles peuvent aussi être asymétriques par rapport au point zéro en raison d'une précontrainte de l'arbre dans une direction. Dans un mode de réalisation, on aspire à pouvoir réaliser la détermination de couple à l'aide du procédé décrit si possible dans la plage entière du couple utile. Afin de le permettre, la denture hélicoïdale de l'arbre et en particulier aussi la force de ressort et la caractéristique de ressort des éléments de ressort logeant l'arbre sont adaptées de telle manière que l'arbre ne soit pressé complètement que pour un couple le plus élevé possible dans sa butée respective. Selon un mode de réalisation, l'arbre est réalisé mobile, donc décalable, dans le sens axial de l'arbre d'une étendue s dans le boîtier en fonction du couple M du moteur électrique entre une première et une seconde butée, l'arbre étant réalisée de plus de manière à pouvoir être pressé pour un couple négatif maximal du moteur électrique dans la première butée et pour un couple positif maximal du moteur électrique dans la seconde butée. De préférence, l'arbre se trouve dans une position médiane entre la première et la seconde butée pour un couple M du moteur électrique de zéro. By the presence of strict monotony for the main part of the function's arguments, one understands that the function is strictly monotonous over a large part of its argument zone, namely for at least half of its arguments. In the case of electric motors currently typically used in motor vehicles with a maximum torque of approximately 220 Nm, values between -220 Nm and +220 Nm theoretically occur for the torque, it is therefore the argument of the function that describes the relationship between distance and torque. According to one embodiment, the function of the magnitude m for the distance a as a function of the torque M of the electric motor in a range between -220 Nm and +220 Nm, preferably between -200 Nm and +200 Nm, in particular between -110 Nm and +110 Nm, is strictly monotonous. For stronger or weaker electric motors, correspondingly monotonic ranges occur correspondingly. These ranges should not be arranged symmetrically around the zero point of the torque. On the contrary, they can also be asymmetrical with respect to the zero point due to a preload of the shaft in one direction. In one embodiment, it is desired to be able to perform the torque determination using the method described if possible in the entire range of the useful torque. In order to enable this, the helical toothing of the shaft and in particular also the spring force and the spring characteristic of the spring elements housing the shaft are adapted such that the shaft is only fully pressed for a torque. highest possible in its respective stop. According to one embodiment, the shaft is made movable, and therefore displaceable, in the axial direction of the shaft of an extent s in the housing as a function of the torque M of the electric motor between a first and a second stop, the the shaft being furthermore constructed so that it can be pressed for a maximum negative torque of the electric motor in the first stop and for a maximum positive torque of the electric motor in the second stop. Preferably, the shaft is in a median position between the first and the second stop for a torque M of the zero electric motor.
L'arbre peut être mobile contre une force de ressort depuis sa position médiane dans la première et la seconde butées. Dans un mode de réalisation, l'arbre présente une denture hélicoïdale. Généralement, l'arbre se déplace déjà d'une butée à l'autre pour des couples relativement petits, étant donné que la force de ressort est grande en conséquence. Pour une telle conception de l'ensemble de moteur, le couple ne peut ainsi être déterminé que dans une très petite plage, c'est-à-dire pour des vitesses de rotation relativement petites. En dehors de cette plage, juste une détermination du signe du couple est possible, ce qui est toutefois aussi utile. The shaft can be movable against a spring force from its middle position in the first and second stops. In one embodiment, the shaft has a helical cut. Generally, the shaft is already moving from one stop to the other for relatively small torques, since the spring force is large accordingly. For such a design of the motor assembly, the torque can thus be determined only in a very small range, that is to say for relatively small rotational speeds. Outside this range, just a determination of the sign of the couple is possible, which is however also useful.
Afin de permettre une détermination plus précise du couple au-delà de toute la plage intéressante, la construction du moteur est par conséquent adaptée selon cet aspect de l'invention. Cette détermination peut être réalisée en particulier par adaptation de la denture hélicoïdale, comme une force axiale plus forte est générée pour une inclinaison plus forte et inversement. In order to allow a more accurate determination of the torque over all the range of interest, the motor construction is therefore adapted according to this aspect of the invention. This determination can be made in particular by adaptation of the helical teeth, as a stronger axial force is generated for a stronger inclination and vice versa.
De plus, la caractéristique des ressorts logeant l'arbre peut être adaptée de telle manière que le déplacement de l'arbre dans la butée soit amorti sur une zone relativement large et le rotor ne soit pas pressé immédiatement dans sa position finale. Le ressort peut être effectué par des rondelles-ressorts ou autres éléments à ressort usuels en particulier aussi des matériaux élastiques. In addition, the characteristic of the springs housing the shaft can be adapted such that the displacement of the shaft in the abutment is damped over a relatively wide area and the rotor is not pressed immediately into its final position. The spring can be made by spring washers or other conventional spring elements, in particular also elastic materials.
Des configurations avantageuses du procédé décrit plus haut sont à considérer aussi comme configurations avantages du dispositif ou de l'ensemble de moteur, dans la mesure où elles peuvent être transférées du reste au dispositif décrit plus haut ou à l'ensemble de moteur décrit plus haut. Des exemples de réalisation sont expliqués en détail à l'aide des dessins, dont les figures représentent : figure 1 : schématiquement un schéma de câblage d'un moteur électrique d'un véhicule automobile entraîné électriquement avec commande du moteur ; figure 2 : schématiquement une coupe du moteur électrique selon la figure 1 avec un capteur d'angle de rotation ; figure 3 : schématiquement le mouvement du rotor avec l'arbre dans le sens axial ; figure 4 : des signaux du capteur d'angle de rotation en fonction du signe du couple dans un diagramme de signal ; figure 5 : un graphe pour l'évaluation des signaux du capteur d'angle de rotation selon un premier mode de réalisation ; figure 6 : un graphe pour l'évaluation des signaux du capteur d'angle de rotation selon un second mode de réalisation ; et figure 7 : schématiquement le procédé d'un mode de réalisation exemplaire dans un organigramme. Advantageous configurations of the method described above are also to be considered as advantages configurations of the device or of the motor assembly, insofar as they can be transferred from the rest to the device described above or to the motor assembly described above. . Examples of embodiments are explained in detail with the aid of the drawings, the figures of which show: FIG. 1 schematically a wiring diagram of an electric motor of an electrically driven motor vehicle with engine control; Figure 2: schematically a section of the electric motor according to Figure 1 with a rotation angle sensor; Figure 3: schematically the movement of the rotor with the shaft in the axial direction; FIG. 4: rotation angle sensor signals as a function of the sign of the torque in a signal diagram; FIG. 5: a graph for evaluating the signals of the angle of rotation sensor according to a first embodiment; FIG. 6: a graph for evaluating the signals of the angle of rotation sensor according to a second embodiment; and Figure 7: schematically the method of an exemplary embodiment in a flowchart.
La figure 1 représente schématiquement un ensemble de moteur 18 d'un véhicule automobile entraîné électriquement avec un moteur électrique 1. Un rotor 10 représenté en détail sur la figure 2 du moteur électrique 1 est relié de manière solidaire en rotation à un arbre 2. L'arbre 2 entraîne des roues dentées d'un engrenage 3 par une denture hélicoïdale 14 représentée en détail aussi sur la figure 2 sur une extrémité. Outre l'engrenage 3, un couplage, des groupes accessoires ainsi qu'un moteur à combustion interne destiné aussi à l'entraînement du véhicule automobile peuvent aussi être prévus. Le couple généré par le moteur électrique 1 est transmis par un arbre d'essieu 4 aux roues 5 du véhicule automobile. Un appareil de commande de moteur 7 avec une électronique de puissance 6 est prévu pour la commande et la régulation du moteur électrique 1. L'appareil de commande de moteur 7, donc le dispositif pour la commande du moteur électrique 1, comporte un capteur d'angle de rotation 9 comme unité de détection et une unité de détermination 71. Le capteur d'angle de rotation 9 mesure l'angle de rotation du rotor 10 et transmet les signaux d'angle de rotation 8 à l'unité de détermination 71. FIG. 1 schematically represents a motor assembly 18 of a motor vehicle driven electrically with an electric motor 1. A rotor 10 shown in detail in FIG. 2 of the electric motor 1 is integrally connected in rotation with a shaft 2. FIG. Shaft 2 drives gears of a gear 3 by a helical cut-out 14 also shown in detail in Figure 2 on one end. In addition to the gear 3, a coupling, accessory groups and an internal combustion engine also for driving the motor vehicle can also be provided. The torque generated by the electric motor 1 is transmitted by an axle shaft 4 to the wheels 5 of the motor vehicle. A motor control unit 7 with a power electronics 6 is provided for the control and regulation of the electric motor 1. The motor control unit 7, therefore the device for the control of the electric motor 1, comprises a sensor of the electric motor 1. an angle of rotation 9 as a detection unit and a determination unit 71. The rotation angle sensor 9 measures the rotation angle of the rotor 10 and transmits the rotation angle signals 8 to the determining unit 71 .
L'unité de détermination 71 reçoit le signal d'angle de rotation 8 et éventuellement aussi la vitesse de rotation du rotor du moteur électrique 1 qui sont déterminés à l'aide du capteur d'angle de rotation 9. La figure 2 représente schématiquement le logement du moteur électrique 1 sur l'arbre 2. Le moteur électrique 1 présente un rotor 10 relié de manière solidaire en rotation à l'arbre 2. Un stator 11 est relié à un boîtier 12 du moteur électrique 1 et logé à l'aide d'un palier 13 de manière rotative sur l'arbre 2. L'arbre présente sur son extrémité côté engrenage une denture hélicoïdale 14. Le capteur d'angle de rotation 9 comporte une piste de détection 16 et un élément de détection 15 recevant la position de piste de détection 16. La piste de détection 16 est disposée sur le rotor 10. L'élément de détection 15 est disposé sur le boîtier 12. La distance entre la piste de détection 16 et l'élément de détection 15 est désignée par a. La figure 3 représente schématiquement le mouvement du rotor 10 avec l'arbre 2 dans le sens axial, c'est-à-dire dans le sens de la flèche 19. Dans sa partie supérieure, la figure 3 représente le mouvement de l'arbre 2 en réponse à la force axiale caractérisée par la flèche 20. L'arbre 2 se déplace d'une étendue b. Une partie de cette étendue b est formée par le jeu de palier c qui est représenté dans la partie inférieure de la figure 3. The determination unit 71 receives the rotation angle signal 8 and possibly also the rotational speed of the rotor of the electric motor 1 which are determined by means of the rotation angle sensor 9. FIG. 2 schematically represents the housing of the electric motor 1 on the shaft 2. The electric motor 1 has a rotor 10 rotatably connected to the shaft 2. A stator 11 is connected to a housing 12 of the electric motor 1 and housed using a bearing 13 rotatably on the shaft 2. The shaft has on its end gear side a helical toothing 14. The angle of rotation sensor 9 comprises a detection track 16 and a detection element 15 receiving the detection track position 16. The detection track 16 is disposed on the rotor 10. The detection element 15 is disposed on the housing 12. The distance between the detection track 16 and the detection element 15 is designated by at. FIG. 3 shows schematically the movement of the rotor 10 with the shaft 2 in the axial direction, that is to say in the direction of the arrow 19. In its upper part, FIG. 3 represents the movement of the shaft 2 in response to the axial force characterized by the arrow 20. The shaft 2 moves an extent b. Part of this extent b is formed by the bearing clearance c which is shown in the lower part of FIG.
Le capteur d'angle de rotation 9 fournit en fonctionnement un signal de sinus et de cosinus, à partir duquel l'angle de rotation et la vitesse de rotation sont calculés. L'amplitude de ces deux signaux dépend de la distance axiale a entre l'élément de détection 15 et la piste de détection 16. Si le signe du couple se modifie, le rotor 10 se déplace avec la piste de détection 16 dans le sens axial de sorte que la distance a et ainsi l'amplitude se modifient. Cela est représenté sur la figure 4, la courbe supérieure étant le couple, la médiane le signal de sinus et de cosinus et l'inférieure les amplitudes du signal de sinus et de cosinus. Dans la moitié gauche de la figure, le couple est négatif, le rotor 10 est pressé contre une butée. La distance a est relativement petite et ainsi les amplitudes de signal aussi. Dans la moitié droite de la figure, au contraire le couple est positif, ce qui a déplacé le rotor 10 sur son autre butée. La distance a est relativement grande. Les amplitudes de signal aussi. The rotation angle sensor 9 provides in operation a sine and cosine signal, from which the rotation angle and the rotational speed are calculated. The amplitude of these two signals depends on the axial distance a between the detection element 15 and the detection track 16. If the sign of the torque changes, the rotor 10 moves with the detection track 16 in the axial direction so that the distance and thus the amplitude change. This is shown in FIG. 4, the upper curve being the torque, the median the sine and cosine signal and the lower the amplitudes of the sine and cosine signal. In the left half of the figure, the torque is negative, the rotor 10 is pressed against a stop. The distance a is relatively small and so the signal amplitudes too. In the right half of the figure, on the contrary the torque is positive, which moved the rotor 10 on its other stop. The distance a is relatively large. Signal amplitudes too.
Le capteur utilisé 9 présente quatre périodes de sinus/cosinus par rotation mécanique qui ne sont pas tout à fait identiques suite à un léger vacillement. Par conséquent, le tracé de la courbe se répète selon quatre périodes en principe de manière exacte. La figure 5 représente un graphe pour l'évaluation des signaux du capteur d'angle de rotation 9 avec une courbe caractéristique pour le couple en fonction de la distance a. Pour ce mode de réalisation, le rotor est relativement rapide, c'est-à-dire que par une relativement petite modification de couple, il se déplace d'une butée à l'autre. La zone, dans laquelle une détermination claire du couple est possible à partir de la distance mesurée, est ainsi petite. En dehors de cette zone, une détermination du signe du couple est cependant possible. Il faut veiller ici aussi à un certain comportement d'hystérèse non représenté ici dans la zone de plus petits couples et à l'asymétrie reconnaissable sur la figure 5 à la suite d'une précontrainte de palier dans une direction. La figure 6 représente un graphe pour l'évaluation des signaux du capteur d'angle de rotation 9 avec une courbe caractéristique pour le couple en fonction de la distance a pour un second mode de réalisation. Pour ce mode de réalisation, la construction du moteur a été adaptée de telle manière que la zone, dans laquelle une détermination claire du couple est possible, ait été agrandie à la zone de couple entière intéressante. Dans cette zone entière, la fonction de la grandeur m pour la distance a en fonction du couple M du moteur électrique est par conséquent strictement monotone. Le procédé d'un mode de réalisation est maintenant décrit en détail à l'aide de la figure 7. Selon l'étape de procédé S100, une grandeur m, donc une grandeur, est déterminée pour la distance a dans le sens axial de l'arbre 2 entre un point de référence sur le boîtier 12 et un point de référence sur le rotor 10. A cet effet, le capteur d'angle de rotation 9 mesure selon l'étape de procédé S110 l'angle de rotation du rotor 10 et transmet le signal d'angle de rotation 8 à l'unité de détermination 71. L'unité de détermination 71 choisit selon l'étape de procédé S120 un nombre de valeurs d'amplitude du signal d'angle de rotation 8 qui se distinguent les unes des autres d'un nombre entier n de rotations mécaniques du rotor 10. Selon l'étape de procédé 130, l'unité de détermination 71 forme à partir de ce nombre de valeurs d'amplitudes une valeur moyenne d'amplitude A qui est ensuite utilisée comme grandeur m pour la distance entre l'élément de détection 15 et la piste de détection 16 et ainsi comme grandeur pour la distance a dans le sens axial de l'arbre 2 entre un point de référence sur le boîtier 12 et un point de référence sur le rotor 10. Puis l'unité de détermination 71 compare selon l'étape de procédé S200 la valeur moyenne d'amplitude A avec une courbe caractéristique calculée auparavant et enregistrée pour le rapport entre la distance a ou la valeur moyenne d'amplitude A et le couple M et détermine à l'aide de cette courbe caractéristique le couple actuel du moteur électrique 1. Puis ou après un intervalle prescrit, le procédé selon l'étape de procédé S300 est ramené à l'étape de procédé initiale S100 et les étapes de procédé de S100 à S300 sont répétées. The sensor 9 used has four periods of sine / cosine by mechanical rotation that are not quite identical following a slight flicker. As a result, the plot of the curve is repeated in exactly four periods in principle. Fig. 5 shows a graph for the evaluation of the rotation angle sensor signals 9 with a characteristic curve for the torque as a function of the distance a. For this embodiment, the rotor is relatively fast, that is to say that by a relatively small change in torque, it moves from one stop to the other. The zone, in which a clear determination of the torque is possible from the measured distance, is thus small. Outside this zone, it is possible to determine the sign of the torque. Here, too, it is necessary to take care of a certain hysteresis behavior not shown here in the region of smaller torques and to the asymmetry recognizable in FIG. 5 following a bearing preload in one direction. Fig. 6 shows a graph for evaluating the rotation angle sensor signals 9 with a characteristic curve for torque versus distance a for a second embodiment. For this embodiment, the motor construction has been adapted such that the area, in which a clear torque determination is possible, has been enlarged to the entire desired torque area. In this whole area, the function of the magnitude m for the distance a as a function of the torque M of the electric motor is therefore strictly monotonous. The method of one embodiment is now described in detail with the aid of FIG. 7. According to the method step S100, a magnitude m, therefore a magnitude, is determined for the distance a in the axial direction of the shaft 2 between a reference point on the housing 12 and a reference point on the rotor 10. For this purpose, the angle of rotation sensor 9 measures according to the method step S110 the rotation angle of the rotor 10 and transmits the rotation angle signal 8 to the determining unit 71. The determining unit 71 selects according to the method step S120 a number of amplitude values of the rotation angle signal 8 which differ from each other. each of an integer n of mechanical rotations of the rotor 10. According to the method step 130, the determining unit 71 forms from this number of amplitude values an average value of amplitude A which is then used as the magnitude m for the distance between the sensing element 15 and the detection track 16 and thus as a magnitude for the distance a in the axial direction of the shaft 2 between a reference point on the housing 12 and a reference point on the rotor 10. Then the determination unit 71 compares, according to the method step S200, the average value of amplitude A with a characteristic curve previously calculated and recorded for the ratio between the distance a or the average value of amplitude A and the torque M and determines by means of this Characteristic Curve Current Torque of Electric Motor 1. Then or after a prescribed interval, the process according to process step S300 is returned to the initial process step S100 and the process steps from S100 to S300 are repeated.
Bien qu'au moins un mode de réalisation exemplaire ait été décrit précédemment, différentes modifications et divers changements peuvent être apportés. Les modes de réalisation cités ne sont que des exemples et ne sont pas prévus afin de limiter le champ d'application, l'applicabilité ou la configuration de quelque manière que ce soit. Au contraire, ce qui a été décrit fournit à l'homme du métier un plan de mise en oeuvre d'au moins un mode de réalisation exemplaire, de nombreuses modifications de fonction et agencement des éléments décrits dans un mode de réalisation exemplaire peuvent être apportées sans pour autant quitter la zone de protection des revendications jointes et leurs équivalents légaux. Although at least one exemplary embodiment has been previously described, various modifications and changes may be made. The embodiments mentioned are only examples and are not intended to limit the scope, applicability or configuration in any way. On the contrary, what has been described provides the person skilled in the art with a plan for implementing at least one exemplary embodiment, numerous modifications of function and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment can be made. without leaving the protection area of the attached claims and their legal equivalents.
Liste des références chiffrées 1 Moteur électrique 2 Arbre 3 Engrenage 4 Arbre d'essieu 5 Roue 6 Electronique de puissance 7 Dispositif de commande du moteur électrique, appareil de commande du moteur 71 Unité de détermination 8 Signal d'angle de rotation 9 Signal d'angle de rotation 10 Rotor 11 Stator 12 Boîtier 13 Palier 14 Denture hélicoïdale 15 Elément de détection du capteur d'angle de rotation 16 Piste de détection du capteur d'angle de rotation 17 Courant de phase 18 Ensemble de moteur 19 Flèche 20 Flèche List of part numbers 1 Electric motor 2 Shaft 3 Gear 4 Axle shaft 5 Wheel 6 Power electronics 7 Electric motor control unit, motor control unit 71 Determination unit 8 Rotation angle signal 9 Signal of the motor Rotation angle 10 Rotor 11 Stator 12 Housing 13 Bearing 14 Spiral tooth 15 Rotation angle sensor detection element 16 Angle of rotation sensor detection track 17 Phase current 18 Motor assembly 19 Arrow 20 Arrow
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