WO2018095630A1 - Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer drehung eines geberrads und elektrische maschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum bestimmen einer drehung eines geberrads und elektrische maschine Download PDF

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Christoph Schuster
Mario Beyer
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Robert Bosch Gmbh
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    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor

Definitions

  • the invention relates to a device for determining a rotation of a sensor wheel, an electric machine and a method for determining a rotation of a sensor wheel.
  • the invention relates to such devices, methods and electrical machines for use in hybrid vehicles or electric vehicles.
  • Synchronous machines or electrically excited synchronous machines (ESM) as used in hybrid and electric vehicles
  • ESM electrically excited synchronous machines
  • ASM asynchronous machines
  • One way to determine the rotor position angle or the frequency is to attach a gear as a sensor wheel on the rotor of the machine and by means of a
  • Hall sensor the change of a generated by a permanent magnet
  • the invention provides a device for determining a rotation of a sensor wheel with the features of patent claim 1, an electric machine with the features of claim 5 and a method for determining a rotation of a sensor wheel with the features of claim 10 ready.
  • the invention therefore relates to a device for determining a rotation of a sensor wheel, with a magnetic device, a
  • the magnetic device is designed to provide a magnetic field.
  • the sensor device is designed to output a measurement signal in response to a change in the provided magnetic field.
  • the evaluation device is designed to determine information relating to the rotation of the encoder wheel on the basis of the measurement signal by means of an algorithm. In this case, the evaluation device is designed to adaptively adapt the algorithm as a function of the measurement signal.
  • the evaluation device is further configured to provide a control signal regarding the presence of a
  • the invention relates to an electric machine with a rotor shaft, wherein the rotor shaft has a transmitter wheel, and with a device for
  • the invention relates to a method for determining a rotation of a sensor wheel.
  • a magnetic field is provided by means of a magnetic device.
  • a measurement signal is provided in response to a change in the provided
  • Magnetic field output Information relating to the rotation of the encoder wheel is determined on the basis of the measurement signal by means of an algorithm, wherein the algorithm is adapted adaptively in dependence on the measurement signal.
  • the adaptive adaptation of the algorithm is interrupted if a control signal is received regarding the presence of an electromagnetic interference event.
  • electromagnetic interference events which are understood as electromagnetic interference fields, which can occur in particular within a short period of time.
  • electromagnetic interference events include strong electrical or magnetic fields that may affect the accuracy of the sensor device.
  • sensor device can no longer accurately determine the position or speed of the sensor wheel, since the change in the measured magnetic field depends not only on the tooth position of the encoder wheel but also on the electromagnetic interference fields.
  • a dynamic or adaptive adaptation of the evaluation algorithm is advantageous for the exact determination of the angular position or rotational speed.
  • the evaluation algorithm can learn the exact influence of the teeth of the sensor wheel on the provided magnetic field and thus better recognize the transition from a tooth to a tooth gap.
  • weaker interference fields can also be taken into account dynamically
  • an adaptive adaptation is disadvantageous in the case of very strong and, in particular, short-term electromagnetic interference events, since this greatly alters the parameters of the algorithm, so that the results after the occurrence of the electromagnetic interference event
  • Evaluation are unreliable.
  • the parameters of the algorithm can be changed so much that a readjustment to the correct values is no longer possible or requires a long time.
  • the evaluation device interrupts the adaptive adaptation of the algorithm so that an electromagnetic interference event does not affect the learned parameters and thus the stability of the determination of the rotation of the encoder wheel is ensured, in particular after the occurrence of the electromagnetic interference event.
  • the invention further reduces the demands on additional components, such as shielding plates, while at the same time increasing the robustness against strong components Interference fields.
  • additional components such as shielding plates
  • Information relating to the rotation of the encoder wheel may, in particular, be understood to mean a rectangular signal which indicates the tooth position.
  • a digitized rectangular signal is understood which distinguishes between the tooth and the gap of the encoder wheel.
  • the information regarding the rotation of the encoder wheel may also include an angular position and / or speed of the encoder wheel.
  • the sensor device comprises a Hall sensor, wherein the measurement signal output by the sensor device comprises a course of a Hall voltage of the Hall sensor.
  • the course of the Hall voltage is preferably output as an analog measurement signal.
  • the evaluation device is designed to detect a transition between a tooth of the encoder wheel and a tooth space of the encoder wheel, if the Hall voltage falls below or exceeds a threshold value.
  • the evaluation device is designed to adaptively adapt the threshold value on the basis of a maximum Hall voltage and a minimum Hall voltage in the course of the Hall voltage. in the
  • the output measurement signal will be a square wave signal, with minimum or minimum.
  • Maximum values of the Hall voltage of a tooth gap or a tooth of the encoder wheel correspond.
  • the threshold value can be determined, for example, as an average of the maximum Hall voltage and the minimum Hall voltage.
  • this has a control device which is designed to detect the presence of a
  • the control device To detect electromagnetic interference event and output a corresponding control signal to the evaluation.
  • the control device the presence of a Detect electromagnetic interference event, if it detects a strong acceleration of the electromagnetic machine or activation of an electrical component in an environment of the electrical machine. For example, a
  • the controller can detect the presence of an electromagnetic interference event due to an associated strong acceleration of the electric machine or another electronic component.
  • this has an energy source for supplying the device with electrical energy.
  • Control device is configured to vary a supply voltage of the energy source upon detection of the presence of an electromagnetic interference event.
  • the evaluation device is designed to interrupt the adaptive adaptation of the algorithm as a function of the supply voltage. If no
  • Electromagnetic interference event is detected, the supply voltage of
  • Power source set by the controller for example, to a value of 3.3 volts.
  • the control device detects the presence of an electromagnetic interference event, it varies the supply voltage of the energy source up to a maximum value of, for example, 5 volts.
  • the supply voltage of the energy source is additionally adjusted by the control device based on a strength of the detected electromagnetic interference event, so that approximately in a particularly strong electromagnetic interference event, such as a strong magnetic field, the supply voltage is set to 5 volts and an electromagnetic interference event of a lesser magnitude a value between 3.3 volts and 5 volts is set as the supply voltage.
  • the varying supply voltage thus serves as a control signal, on the basis of which the evaluation device can interrupt the adaptive adaptation of the algorithm. Whether the adaptive adjustment is interrupted may depend on the strength of the control signal, that is on the magnitude of the supply voltage and thus on the magnitude of the detected electromagnetic interference event.
  • Signal evaluation not in the sensor but in the control device itself which in particular may be a central control device of a vehicle, such as an electric or hybrid vehicle.
  • the sensor device and the evaluation device together form a compact sensor element which is connected to the control unit of the hybrid or electric vehicle.
  • this has an interference field measuring device, which is designed to measure an electromagnetic field and to output a measurement signal to the control device.
  • Control device is designed to detect the presence of an electromagnetic interference event based on the measurement signal.
  • the interference field measuring device may, for example, have at least one Hall sensor.
  • Fig. 1 is a schematic view of an apparatus for determining a
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a Hall voltage
  • Fig. 3 is a schematic block diagram of an electrical machine
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of an electric machine with a variable supply voltage according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 5 shows a schematic block diagram of an electrical machine according to an embodiment of the invention, wherein the evaluation device is integrated in the control device;
  • FIG. 6 is a flowchart for explaining a method for determining a rotation of a sender wheel.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a device 1 for determining a rotation of a transmitter wheel G.
  • the transmitter wheel G is arranged on a rotor shaft W, wherein the rotor shaft W can be, for example, part of an electric machine, in particular for a hybrid vehicle or electric vehicle.
  • the encoder wheel G has a plurality of teeth Z, which extend over a first angle ⁇ 1, wherein between two teeth Z a tooth gap occurs, which extends over a second angle ⁇ 2.
  • the first angle ⁇ is equal to the second angle ⁇ 2, however, the number of teeth Z, the size of the tooth gaps and also the distribution of the teeth Z and tooth spaces may vary.
  • the device 1 has a magnetic device 2 which comprises a permanent magnet which generates a magnetic field B_1.
  • the magnetic device 2 may according to further embodiments also include an electromagnet and / or provide a time-varying magnetic field B_l.
  • the apparatus 1 further comprises a sensor device 3, which comprises at least one Hall sensor, which is designed to output a measurement signal in response to a change in the provided magnetic field B_l. So can the sensor device 3, which comprises at least one Hall sensor, which is designed to output a measurement signal in response to a change in the provided magnetic field B_l. So can the sensor device 3, which comprises at least one Hall sensor, which is designed to output a measurement signal in response to a change in the provided magnetic field B_l. So can the
  • Sensor device 3 may be configured to output a waveform of a Hall voltage U of the at least one Hall sensor as an analog signal.
  • the device 1 comprises an evaluation device 4, which is designed to determine an angular position and / or rotational speed of the encoder wheel on the basis of the measurement signal by means of an algorithm.
  • FIG. 2 illustrates an exemplary course of a Hall voltage U as a function of time t.
  • t_m measures the
  • the Hall voltage U and the evaluation device 4 determines a maximum Hall voltage U max and a minimum Hall voltage U min within the measuring period t_m.
  • the evaluation device 4 is designed to detect a transition from a tooth Z of the donor gear G to a tooth gap of the donor gear G or from a tooth gap of the donor gear G to a tooth Z of the donor gear G, if the Hall voltage U falls below or exceeds a threshold value ,
  • the threshold may initially be set to a predetermined value U_S0.
  • the evaluation device 4 now calculates the mean value (U_max + U_min) / 2 of the maximum Hall voltage U max and the minimum Hall voltage U min as a reference value. If the threshold value U_S0 is below this reference value, the evaluation device 4 increases the threshold value. For example, the evaluation device 4 can calculate a new threshold value U_S 1 by adding a predefined value AU_S to the threshold value U_S0, that is to say:
  • U_S 1 U_S0 + AU_S.
  • the type of correction may also vary and depend, for example, on a difference between threshold and reference size.
  • the evaluation device 4 is thus designed to adaptively adapt the threshold value, which represents a parameter of an algorithm for determining the transition between a tooth Z and a tooth gap of the encoder wheel G, that is to say as a function of the measurement signal.
  • the evaluation device 4 can determine an angular position and / or a rotational speed of the encoder wheel G.
  • the external control unit 5 can transmit a control signal regarding the presence of an electromagnetic interference event to the evaluation device 4.
  • an electromagnetic interference event may include, for example, the occurrence of a strong magnetic field B_2.
  • Evaluation device 4 receives a control signal, which signals the presence of an electromagnetic interference event B_2, it interrupts the adaptive adaptation of the algorithm. Thus, the evaluation device 4 will not further vary the threshold value once an electromagnetic interference event has been detected. Transmits Conversely, the external control unit 5, a control signal indicating that no electromagnetic interference event B_2 is present, the evaluation unit 4 may be configured to continue the adaptive adjustment of the algorithm on. While the adaptive adjustment is interrupted, the determination of the angular position and / or the rotational speed of the encoder wheel by the evaluation unit 4 can also be interrupted or else continued.
  • the control signal may also include information about a magnitude of the electromagnetic interference event.
  • the interruption of the adaptive adaptation and / or the duration of the interruption can be adjusted.
  • the adaptive adaptation can only be interrupted if the intensity of the disturbance event exceeds a predetermined threshold value.
  • FIG. 3 illustrates a schematic block diagram of an electrical machine M1 according to an embodiment of the invention.
  • the electric machine M1 can be used for example in a hybrid vehicle or in an electric vehicle.
  • the electric machine Ml has a rotor shaft W with a transmitter wheel G.
  • a device 1 for determining a rotation of the encoder wheel G is provided, which may correspond in particular to the embodiment shown in Figure 1.
  • the device 1 thus has a magnetic device 2 for providing a magnetic field, a sensor device 3 for outputting a measurement signal in response to a change in the provided magnetic field and an evaluation device 4, which, as described above, determines the angular position and / or rotational speed of the encoder wheel G. and the algorithm for the determination as a function of the
  • Control device 6 which via a first connection LI, such as a data cable or a wireless connection, receives a data signal from the evaluation device 4, which contains information or the angular position and / or speed of the encoder wheel G. For example, a digital signal can be transmitted which codes whether there is currently a tooth Z or a tooth gap in the vicinity of the sensor device 3. On the basis of this information, the control device 6 can determine a rotational speed of the encoder wheel G.
  • the control device 6 is connected to a driver interface 7, via which the driver has influence on a control of the electrical machine M1. For example, the driver can accelerate the electric machine Ml.
  • Control device 6 then receives a corresponding acceleration signal from the driver interface 7 and controls an electrical component 8 of the electrical machine Ml accordingly. With a strong acceleration of the vehicle recognizes the
  • Control device 6 in response to the acceleration signal received via the driver interface 7, the presence of an electromagnetic interference event, since in the acceleration process strong electromagnetic fields are to be expected, in particular by the electrical component 8 caused magnetic fields. Via a second connection L2, for example a data cable or a wireless connection, the control device 6 accordingly sends a control signal regarding the presence of the
  • electromagnetic interference event to the evaluation device 4, which as described above interrupts the adaptive adaptation of the algorithm.
  • the electrical machine M1 may further comprise an optional interference field measuring device 9 which has at least one sensor for measuring an electromagnetic field and outputs a corresponding measurement signal to the control device 6. Based on the measurement signal, the control device 6, the presence of a
  • FIG. 4 illustrates an electric machine M2 according to a further embodiment of the invention.
  • the control device 6 does not transmit the control signal directly to the latter
  • Supply voltage of a power source 10 of the device 1 via a third line L3, such as a data cable or a wireless connection vary.
  • the control device 6 varies the supply voltage.
  • the supply voltage from the control device 6 can be set higher, the stronger the electromagnetic interference event, which can be determined for example by means of a magnetic field strength.
  • FIG. 5 illustrates an electrical machine W3 according to a further embodiment of the invention.
  • the evaluation device 4 is integrated directly into the control device 6.
  • the evaluation algorithm for determining the angular position and / or Speed of the encoder wheel G is thus performed in the control device 6 itself.
  • the magnet device 2 and the sensor device 3 are arranged in a separate sensor element 11.
  • the sensor device 3 thus transmits the analog signal to the evaluation device 4, so that the evaluation of the analog signal only in the
  • Control device 6 takes place.
  • FIG. 6 illustrates a flow chart for explaining a method for determining a rotation of a sensor wheel G.
  • a magnetic field B_l is generated by means of a
  • Magnetic device 2 is provided.
  • a measurement signal is output in response to a change in the provided magnetic field B_l.
  • step S3 information relating to the rotation of the encoder wheel is determined on the basis of the measurement signal by means of an algorithm.
  • an angular position and / or speed of the encoder wheel is determined.
  • the algorithm is adaptively adjusted in response to the measurement signal, in particular by varying a threshold as described above. If a control signal regarding the presence of an electromagnetic interference event B_2 is received, the adaptive adaptation of the algorithm is interrupted. If no
  • the adaptive adaptation of the algorithm can be continued.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads (G), mit einer Magneteinrichtung (2) zum Bereitstellen eines Magnetfeldes; einer Sensoreinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds (B_1) ein Messsignal auszugeben; und einer Auswerteeinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus eine Information bezüglich der Drehung des Geberrads (G) zu bestimmen, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den Algorithmus in Abhängigkeit von dem Messsignal adaptiv anzupassen. Die Auswerteeinrichtung (4) ist weiter dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) zu empfangen, und das adaptive Anpassen des Algorithmus in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu unterbrechen.

Description

Beschreibung
Titel:
Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads und elektrische Maschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads, eine elektrische Maschine und ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads. Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Vorrichtungen, Verfahren und elektrische Maschinen zur Verwendung in Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen.
Stand der Technik
Zur exakten Regelung von elektrische Maschinen, etwa permanenterregten
Synchronmaschinen (PSM) oder elektrisch erregten Synchronmaschinen (ESM) wie sie in Hybrid- und Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen, muss der Rotorlagewinkel der elektrischen Maschine genau bestimmt werden. Zur Regelung von Asynchronmaschinen (ASM) ist eine genaue Kenntnis der Frequenz des elektrischen Antriebs notwendig.
Eine Möglichkeit zur Bestimmung des Rotorlagewinkels bzw. der Frequenz besteht darin, ein Zahnrad als Geberrad am Rotor der Maschine anzubringen und mittels eines
Hallsensors die Veränderung eines durch einen Permanentmagneten erzeugten
Magnetfelds aufgrund der Geberraddrehung zu bestimmen. So ist aus der Druckschrift DE 10 2014 117 852 AI eine derartige Vorrichtung zur Raddrehzahlbestimmung bekannt.
Derartigen Hallsensoren mit Permanentmagnet können jedoch durch elektromagnetische Störfelder in der elektrischen Maschine beeinträchtigt werden, welche die
Messgenauigkeit stark beeinflussen können.
Offenbarung der Erfindung Die Erfindung stellt eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5 und ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung demnach eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads, mit einer Magneteinrichtung, einer
Sensoreinrichtung und einer Auswerteeinrichtung. Die Magneteinrichtung ist zum Bereitstellen eines Magnetfelds ausgebildet. Die Sensoreinrichtung ist dazu ausgebildet, in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds ein Messsignal auszugeben. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus eine Information bezüglich der Drehung des Geberrads zu bestimmen. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei dazu ausgebildet, den Algorithmus in Abhängigkeit von dem Messsignal adaptiv anzupassen. Die Auswerteeinrichtung ist weiter dazu ausgebildet, ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines
elektromagnetischen Störereignisses zu empfangen und das adaptive Anpassen des Algorithmus in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu unterbrechen.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einer Rotorwelle, wobei die Rotorwelle ein Geberrad aufweist, und mit einer Vorrichtung zum
Bestimmen einer Drehung des Geberrads.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads. Hierbei wird ein Magnetfeld mittels einer Magneteinrichtung bereitgestellt. Ein Messsignal wird in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten
Magnetfelds ausgegeben. Eine Information bezüglich der Drehung des Geberrads wird anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus bestimmt, wobei der Algorithmus in Abhängigkeit von dem Messsignal adaptiv angepasst wird. Das adaptive Anpassen des Algorithmus wird unterbrochen, falls ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses empfangen wird.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
Vorteile der Erfindung Elektrische Maschinen oder elektrische Bauteile im Umfeld der Maschinen können elektromagnetische Störereignisse hervorrufen, worunter elektromagnetische Störfelder verstanden werden, welche insbesondere innerhalb eines kurzen Zeitraums auftreten können. So umfassen elektromagnetische Störereignisse starke elektrische oder magnetische Felder, welche die Genauigkeit der Sensoreinrichtung beeinflussen können.
Wird ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug beispielsweise stark beschleunigt, so treten anfänglich große elektromagnetische Störfelder bzw. Störereignisse auf, welche sich mit dem von der Magneteinrichtung bereitgestellten Magnetfeld überlagern. Die
Sensoreinrichtung kann unter Umständen die Stellung oder Geschwindigkeit des Geberrads nicht mehr genau bestimmen, da die Änderung des gemessenen Magnetfelds nicht nur von der Zahnstellung des Geberrads sondern auch von den elektromagnetischen Störfeldern abhängt.
Umgekehrt ist jedoch zur genauen Bestimmung der Winkelstellung bzw. Drehzahl eine dynamische bzw. adaptive Anpassung des Auswertealgorithmus vorteilhaft. Durch das adaptive Anpassen kann der Auswertealgorithmus den genauen Einfluss der Zähne des Geberrads auf das bereitgestellte Magnetfeld erlernen und somit den Übergang von einem Zahn zu einer Zahnlücke besser erkennen. Während hierbei schwächere Störfelder ebenfalls dynamisch berücksichtigt werden können, ist eine adaptive Anpassung bei sehr starken und insbesondere kurzzeitigen elektromagnetischen Störereignissen nachteilig, da hierdurch die Parameter des Algorithmus stark verändert werden, so dass für die Phase nach dem Auftritt des elektromagnetischen Störereignisses die Ergebnisse der
Auswerteeinrichtung unzuverlässig sind. Insbesondere können die Parameter des Algorithmus so stark verändert werden, dass eine Rückanpassung auf die korrekten Werte nicht mehr möglich ist oder lange Zeit benötigt.
Im Gegensatz dazu unterbricht die Auswerteeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung das adaptive Anpassen des Algorithmus, so dass ein elektromagnetisches Störereignis die erlernten Parameter nicht beeinflusst und somit die Stabilität der Bestimmung der Drehung des Geberrads insbesondere nach dem Auftreten des elektromagnetischen Störereignisses sichergestellt ist.
Die Erfindung verringert weiter die Ansprüche an zusätzliche Bauteile, wie etwa Abschirmbleche bei gleichzeitiger Erhöhung der Robustheit gegenüber starken Störfeldern. So können die Fertigungstoleranzen gegebenenfalls vergrößert werden, da Schwankungen durch den Algorithmus ausgeglichen werden können.
Unter einer Information bezüglich der Drehung des Geberrads kann insbesondere ein Rechtecksignal verstanden werden, welches die Zahnstellung angibt. Insbesondere wird ein digitalisiertes Rechtecksignal verstanden, welches zwischen Zahn und Lücke des Geberrads unterscheidet. Die Information bezüglich der Drehung des Geberrads kann auch eine Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads umfassen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung umfasst die Sensoreinrichtung einen Hallsensor, wobei das von der Sensoreinrichtung ausgegebene Messsignal einen Verlauf einer Hallspannung des Hallsensors umfasst. Der Verlauf der Hallspannung wird vorzugsweise als analoges Messsignal ausgegeben.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, einen Übergang zwischen einem Zahn des Geberrads und einer Zahnlücke des Geberrads zu erkennen, falls die Hallspannung einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Vorrichtung ist die Auswerteeinrichtung dazu ausgebildet, den Schwellenwert anhand einer maximalen Hallspannung und einer minimalen Hallspannung im Verlauf der Hallspannung adaptiv anzupassen. Im
Allgemeinen wird das ausgegebene Messsignal ein Rechtecksignal sein, wobei Minimalbzw. Maximalwerte der Hallspannung einer Zahnlücke bzw. einem Zahn des Geberrads entsprechen. Durch Wählen eines Wertes zwischen der maximalen Hallspannung und der minimalen Hallspannung als Schwellenwert kann dadurch der Übergang zwischen Zahn und Zahnlücke erkannt werden. Insbesondere kann für einen bestimmten Messbereich die maximale Hallspannung bzw. minimale Hallspannung bestimmt werden und der Schwellenwert kann beispielsweise als ein Mittelwert der maximalen Hallspannung und der minimalen Hallspannung bestimmt werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der elektrischen Maschine weist diese eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, das Vorliegen eines
elektromagnetischen Störereignisses zu erkennen und ein entsprechendes Steuersignal an die Auswerteeinrichtung auszugeben. So kann die Steuereinrichtung das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses erkennen, falls sie eine starke Beschleunigung der elektromagnetischen Maschine oder eine Aktivierung eines elektrischen Bauteils in einer Umgebung der elektrischen Maschine erkennt. Wird beispielsweise ein
Beschleunigungswunsch eines Fahrers eines Hybrid- oder Elektrofahrzeugs erkannt, so kann die Steuereinrichtung aufgrund einer damit verbundenen starken Beschleunigung der elektrischen Maschine bzw. eines weiteren elektronischen Bauteils das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses erkennen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der elektromagnetischen Maschine weist diese eine Energiequelle zum Versorgen der Vorrichtung mit elektrischer Energie auf. Die
Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, eine Versorgungsspannung der Energiequelle bei Erkennen des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses zu variieren. Die Auswerteeinrichtung ist dazu ausgebildet, das adaptive Anpassen des Algorithmus in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung zu unterbrechen. Falls kein
elektromagnetisches Störereignis erkannt wird, wird die Versorgungsspannung der
Energiequelle durch die Steuereinrichtung beispielsweise auf einen Wert von 3,3 Volt eingestellt. Erkennt die Steuereinrichtung das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses, so variiert sie die Versorgungsspannung der Energiequelle bis zu einem Maximalwert von beispielsweise 5 Volt. Vorzugsweise wird die Versorgungsspannung der Energiequelle durch die Steuereinrichtung zusätzlich anhand einer Stärke des erkannten elektromagnetischen Störereignisses angepasst, so dass etwa bei einem besonders starken elektromagnetischen Störereignis, etwa einem starken Magnetfeld, die Versorgungsspannung auf 5 Volt eingestellt wird und bei einem elektromagnetischen Störereignis von einer geringeren Stärke ein Wert zwischen 3,3 Volt und 5 Volt als Versorgungsspannung eingestellt wird. Die variierende Versorgungsspannung dient somit als Steuersignal, anhand dessen die Auswerteeinrichtung das adaptive Anpassen des Algorithmus unterbrechen kann. Ob das adaptive Anpassen unterbrochen wird, kann von der Stärke des Steuersignals, das heißt von der Größe der Versorgungsspannung und damit von der Stärke des erkannten elektromagnetischen Störereignisses abhängen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der elektrischen Maschine ist die
Auswerteeinrichtung in die Steuereinrichtung integriert. Somit findet die
Signalauswertung nicht im Sensor sondern in der Steuereinrichtung selbst statt, welche insbesondere eine zentrale Steuereinrichtung eines Fahrzeugs, etwa eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs sein kann. Es ist jedoch auch möglich, dass die Sensoreinrichtung und die Auswerteeinrichtung gemeinsam ein kompaktes Sensorelement bilden, welches mit dem Steuergerät des Hybrid- oder Elektrofahrzeugs verbunden ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der elektrischen Maschine weist diese eine Störfeldmesseinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, ein elektromagnetisches Feld zu messen und ein Messsignal an die Steuereinrichtung auszugeben. Die
Steuereinrichtung ist dazu ausgebildet, anhand des Messsignals das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses zu erkennen. Die Störfeldmesseinrichtung kann beispielsweise mindestens einen Hallsensor aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Bestimmen einer
Drehung eines Geberrads gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein schematischer Verlauf einer Hallspannung;
Fig. 3 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine
einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine mit einer variablen Versorgungsspannung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei die Auswerteeinrichtung in die Steuereinrichtung integriert ist; und
Fig. 6 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll im Allgemeinen keine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt eine schematische Illustration einer Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads G. Das Geberrad G ist auf einer Rotorwelle W angeordnet, wobei die Rotorwelle W beispielsweise Teil einer elektrischen Maschine sein kann, insbesondere für ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug. Das Geberrad G weist eine Vielzahl von Zähnen Z auf, welche sich über einen ersten Winkel φ 1 erstrecken, wobei zwischen zwei Zähnen Z eine Zahnlücke auftritt, welche sich über einen zweiten Winkel φ2 erstreckt. Vorzugsweise ist der erste Winkel φΐ gleich dem zweiten Winkel φ2, jedoch kann die Anzahl der Zähne Z, die Größe der Zahnlücken und auch die Verteilung der Zähne Z und Zahnlücken variieren.
Die Vorrichtung 1 weist eine Magneteinrichtung 2 auf, die einen Permanentmagneten umfasst, welcher ein Magnetfeld B_l erzeugt. Die Magneteinrichtung 2 kann gemäß weiteren Ausführungsformen auch einen Elektromagneten umfassen und/oder ein zeitlich veränderliches Magnetfeld B_l bereitstellen.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Sensoreinrichtung 3 auf, welche mindestens einen Hallsensor umfasst, der dazu ausgebildet ist, in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds B_l ein Messsignal auszugeben. So kann die
Sensoreinrichtung 3 dazu ausgebildet sein, einen Verlauf einer Hallspannung U des mindestens einen Hallsensors als ein analoges Signal auszugeben.
Weiter umfasst die Vorrichtung 1 eine Auswerteeinrichtung 4, welche dazu ausgebildet ist, anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus eine Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads zu bestimmen.
Zur Illustration ist in Figur 2 ein beispielhafter Verlauf einer Hallspannung U als Funktion der Zeit t abgebildet. Während eines Messzeitraums t_m misst die
Sensoreinrichtung 3 die Hallspannung U und die Auswerteeinrichtung 4 bestimmt eine maximale Hallspannung U max und eine minimale Hallspannung U min innerhalb des Messzeitraums t_m. Die Auswerteeinrichtung 4 ist dazu ausgebildet, einen Übergang von einem Zahn Z des Geberrads G zu einer Zahnlücke des Geberrads G bzw. von einer Zahnlücke des Geberrads G zu einem Zahn Z des Geberrads G zu erkennen, falls die Hallspannung U einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet.
Der Schwellenwert kann anfangs auf einen vorgegebenen Wert U_S0 eingestellt werden. Die Auswerteeinrichtung 4 berechnet nun den Mittelwert (U_max + U_min) / 2 von der maximalen Hallspannung U max und der minimalen Hallspannung U min als eine Referenzgröße. Liegt der Schwellenwert U_S0 unter dieser Referenzgröße, so erhöht die Auswerteeinrichtung 4 den Schwellenwert. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung 4 einen neuen Schwellenwert U_S 1 berechnen, indem sie einen vorgegebenen Wert AU_S zum Schwellenwert U_S0 addiert, das heißt es gilt:
U_S 1 = U_S0 + AU_S.
Die Art der Korrektur kann jedoch auch variieren und beispielsweise von einer Differenz zwischen Schwellenwert und Referenzgröße abhängen.
Die Auswerteeinrichtung 4 ist somit dazu ausgebildet, den Schwellenwert, welcher einen Parameter eines Algorithmus zur Bestimmung des Übergangs zwischen einem Zahn Z und einer Zahnlücke des Geberrads G darstellt, adaptiv, das heißt in Abhängigkeit von dem Messsignal anzupassen. Durch Bestimmen des zeitlichen Verlaufs der Übergänge zwischen Zähnen Z und Zahnlücken des Geberrads G kann die Auswerteeinrichtung 4 eine Winkelstellung und/oder eine Drehzahl des Geberrads G bestimmen.
Weiter ist die Auswerteeinrichtung 4 über eine Schnittstelle mit einer externen
Steuereinheit 5 verbunden. Die externe Steuereinheit 5 kann ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses an die Auswerteeinrichtung 4 übertragen. Ein derartiges elektromagnetisches Störereignis kann beispielsweise das Auftreten eines starken magnetischen Feldes B_2 umfassen. Sobald die
Auswerteeinrichtung 4 ein Steuersignal empfängt, welches das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses B_2 signalisiert, unterbricht sie das adaptive Anpassen des Algorithmus. So wird die Auswerteeinrichtung 4 den Schwellenwert nicht weiter variieren, sobald ein elektromagnetisches Störereignis festgestellt wurde. Überträgt umgekehrt die externe Steuereinheit 5 ein Steuersignal, welches anzeigt, dass kein elektromagnetisches Störereignis B_2 mehr vorliegt, so kann die Auswerteeinheit 4 dazu ausgebildet sein, das adaptive Anpassen des Algorithmus weiter fortzuführen. Während das adaptive Anpassen unterbrochen wird, kann das Bestimmen der Winkelstellung und/oder der Drehzahl des Geberrads durch die Auswerteeinheit 4 ebenfalls unterbrochen werden oder aber auch weiter fortgeführt werden.
Vorzugsweise kann das Steuersignal ebenfalls Informationen über eine Stärke des elektromagnetischen Störereignisses umfassen. Je nach Stärke des Störereignisses können das Unterbrechen des adaptiven Anpassens und/oder die Dauer des Unterbrechens angepasst werden. So kann beispielsweise das adaptive Anpassen erst dann unterbrochen werden, falls die Stärke des Störereignisses einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet. In Figur 3 ist ein schematisches Blockschaltbild einer elektrischen Maschine Ml gemäß einer Ausführungsform der Erfindung illustriert. Die elektrische Maschine Ml kann beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder in einem Elektrofahrzeug eingesetzt werden. Die elektrische Maschine Ml weist eine Rotorwelle W mit einem Geberrad G auf. Weiter ist eine Vorrichtung 1 zum Bestimmen einer Drehung des Geberrads G vorgesehen, welche insbesondere der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform entsprechen kann. Die Vorrichtung 1 weist somit eine Magneteinrichtung 2 zum Bereitstellen eines Magnetfelds, eine Sensoreinrichtung 3 zum Ausgeben eines Messsignals in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds und eine Auswerteeinrichtung 4 auf, welche, wie oben beschrieben, die Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads G bestimmt und dabei den Algorithmus zur Bestimmung in Abhängigkeit von dem
Messsignal adaptiv anpasst. Die elektrische Maschine Ml weist weiter eine
Steuereinrichtung 6 auf, welche über eine erste Verbindung LI, etwa ein Datenkabel oder eine drahtlose Verbindung, ein Datensignal von der Auswerteeinrichtung 4 empfängt, welches Informationen bzw. der Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads G enthält. Etwa kann ein digitales Signal übertragen werden, welches kodiert, ob sich momentan ein Zahn Z oder eine Zahnlücke in der Nähe der Sensoreinrichtung 3 befindet. Anhand dieser Information kann die Steuereinrichtung 6 eine Drehzahl des Geberrads G bestimmen. Die Steuereinrichtung 6 ist mit einer Fahrerschnittstelle 7 verbunden, über welche der Fahrer Einfluss auf eine Ansteuerung der elektrischen Maschine Ml hat. So kann beispielsweise der Fahrer die elektrische Maschine Ml beschleunigen. Die
Steuereinrichtung 6 empfängt dann ein entsprechendes Beschleunigungssignal von der Fahrerschnittstelle 7 und steuert ein elektrisches Bauteil 8 der elektrischen Maschine Ml entsprechend an. Bei einer starken Beschleunigung des Fahrzeugs erkennt die
Steuereinrichtung 6 in Abhängigkeit von dem über die Fahrerschnittstelle 7 empfangenen Beschleunigungssignal das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses, da bei dem Beschleunigungsvorgang starke elektromagnetische Felder zu erwarten sind, insbesondere durch das elektrische Bauteil 8 hervorgerufene Magnetfelder. Über eine zweite Verbindung L2, etwa ein Datenkabel oder eine drahtlose Verbindung, sendet die Steuereinrichtung 6 demnach ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens des
elektromagnetischen Störereignisses an die Auswerteeinrichtung 4, welche wie oben beschrieben das adaptive Anpassen des Algorithmus unterbricht.
Die elektrische Maschine Ml kann weiter eine optionale Störfeldmesseinrichtung 9 aufweisen, welche mindestens einen Sensor zum Messen eines elektromagnetischen Feldes aufweist und ein entsprechendes Messsignal an die Steuereinrichtung 6 ausgibt. Anhand des Messsignals kann die Steuereinrichtung 6 das Vorliegen eines
elektromagnetischen Störereignisses erkennen.
In Figur 4 ist eine elektrische Maschine M2 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung illustriert. Die Steuereinrichtung 6 überträgt hierbei im Unterschied zur in Figur 3 illustrierten Ausführungsform das Steuersignal nicht direkt an die
Auswerteeinrichtung 4. Vielmehr kann die Steuereinrichtung 6 eine
Versorgungsspannung einer Energiequelle 10 der Vorrichtung 1 über eine dritte Leitung L3, etwa ein Datenkabel oder eine drahtlose Verbindung, variieren. In Abhängigkeit von dem Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses variiert die Steuereinrichtung 6 die Versorgungsspannung. So kann die Versorgungsspannung von der Steuereinrichtung 6 umso höher eingestellt werden, je stärker das elektromagnetische Störereignis ist, was etwa anhand einer Magnetfeldstärke bestimmt werden kann.
In Figur 5 ist eine elektrische Maschine W3 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung illustriert. Hierbei ist die Auswerteeinrichtung 4 direkt in die Steuereinrichtung 6 integriert. Der Auswertealgorithmus zur Ermittlung der Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads G wird somit in der Steuereinrichtung 6 selbst durchgeführt. Die Magneteinrichtung 2 und die Sensoreinrichtung 3 sind in einem separaten Sensorelement 11 angeordnet. Die Sensoreinrichtung 3 überträgt somit das Analogsignal an die Auswerteeinrichtung 4, so dass die Auswertung des Analogsignals erst in der
Steuereinrichtung 6 stattfindet.
In Figur 6 ist ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads G illustriert.
In einem ersten Verfahrensschritt S l wird ein Magnetfeld B_l mittels einer
Magneteinrichtung 2 bereitgestellt.
In einem weiteren Verfahrensschritt S2 wird ein Messsignal in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds B_l ausgegebenen.
In einem weiteren Verfahrensschritt S3 wird eine Information bezüglich der Drehung des Geberrads anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus bestimmt. Vorzugsweise wird eine Winkelstellung und/oder Drehzahl des Geberrads bestimmt. Der Algorithmus wird adaptiv in Abhängigkeit von dem Messsignal angepasst, insbesondere durch Variieren eines Schwellenwertes, wie oben beschrieben. Falls nun ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses B_2 empfangen wird, wird das adaptive Anpassen des Algorithmus unterbrochen. Falls kein
elektromagnetisches Störereignis mehr erkannt wird, kann das adaptive Anpassen des Algorithmus weiter fortgeführt werden.

Claims

Ansprüche
Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads (G), mit einer Magneteinrichtung (2) zum Bereitstellen eines Magnetfeldes; einer Sensoreinrichtung (3), welche dazu ausgebildet ist, in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds (B_l) ein Messsignal auszugeben; und einer Auswerteeinrichtung (4), welche dazu ausgebildet ist, anhand des
Messsignals mittels eines Algorithmus eine Information bezüglich der Drehung des Geberrads (G) zu bestimmen, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den Algorithmus in Abhängigkeit von dem Messsignal adaptiv anzupassen; wobei die Auswerteeinrichtung (4) weiter dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) zu empfangen, und das adaptive Anpassen des Algorithmus in Abhängigkeit von dem Steuersignal zu unterbrechen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (3) einen
Hallsensor umfasst, und das von der Sensoreinrichtung (3) ausgegebene
Messsignal einen Verlauf einer Hallspannung (U) des Hallsensors umfasst.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, wobei die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, einen Übergang zwischen einem Zahn (Z) des Geberrads (G) und einer Zahnlücke des Geberrads (G) zu erkennen, falls die Hallspannung (U) einen Schwellenwert unterschreitet bzw. überschreitet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, wobei die Auswerteeinrichtung (5) dazu ausgebildet ist, den Schwellenwert anhand einer im Verlauf der Hallspannung (U) festgestellten maximalen Hallspannung (U max) und einer minimalen
Hallspannung (U min) adaptiv anzupassen. Elektrische Maschine (Ml; M2; M3) mit einer Rotorwelle (W), welche ein Geberrad (G) aufweist; und einer Vorrichtung (1) zum Bestimmen einer Drehung des Geberrads (G) nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
Elektrische Maschine (Ml; M2; M3) nach Anspruch 5, mit einer
Steuereinrichtung (6), welche dazu ausgebildet ist, das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) zu erkennen und ein entsprechendes Steuersignal an die Auswerteeinrichtung (4) auszugeben.
Elektrische Maschine (Ml; M2; M3) nach Anspruch 6, mit einer
Energiequelle (10) zum Versorgen der Vorrichtung (1) mit elektrischer Energie, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, eine Versorgungsspannung der Energiequelle (10) bei Erkennen des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) zu variieren und die Auswerteeinrichtung (4) dazu ausgebildet ist, das adaptive Anpassen des Algorithmus in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung zu unterbrechen.
Elektrische Maschine (Ml; M2; M3) nach Anspruch 6, wobei die
Auswerteeinrichtung (4) in die Steuereinrichtung (6) integriert ist.
Elektrische Maschine (Ml; M2; M3) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, mit einer Störfeldmesseinrichtung (9), welche dazu ausgebildet ist, ein elektromagnetisches Feld (B_2) zu messen und ein Messsignal an die Steuereinrichtung (6) auszugeben, wobei die Steuereinrichtung (6) dazu ausgebildet ist, anhand des Messsignals das Vorliegen eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) zu erkennen.
Verfahren zum Bestimmen einer Drehung eines Geberrads (G), mit den Schritten:
Bereitstellen (S l) eines Magnetfeldes (B_l) mittels einer Magneteinrichtung (2);
Ausgeben (S2) eines Messsignals in Antwort auf eine Veränderung des bereitgestellten Magnetfelds (B_l); und
Bestimmen (S3) einer Information bezüglich der Drehung des Geberrads (G) anhand des Messsignals mittels eines Algorithmus, wobei der Algorithmus in Abhängigkeit von dem Messsignal adaptiv angepasst wird; und wobei das adaptive Anpassen des Algorithmus unterbrochen wird, falls ein Steuersignal bezüglich des Vorliegens eines elektromagnetischen Störereignisses (B_2) empfangen wird.
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