WO2018130244A1 - Verfahren zur bestimmung der drehwinkelposition des rotors einer mehrphasigen elektrischen maschine - Google Patents

Verfahren zur bestimmung der drehwinkelposition des rotors einer mehrphasigen elektrischen maschine Download PDF

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    • H02P6/187—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using the star point voltage

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the rotational angular position of the rotor of a polyphase electrical machine with pole windings, the inductances in the currentless state, at least within rotational angle periods in clear relation to the rotational angular position of the rotor, wherein for determining the rotational angular position at a measuring point between
  • Hall probes The measurement of voltage signals and their evaluation takes place within periods in which changes in the rotational position of the rotor are negligible.
  • a new method of the type mentioned is provided, which is characterized in that for determining the rotational position each measurement signals are tapped at several, each one and the same phase strand measuring points. According to the invention, these measuring points allow the determination of a measuring signal which depends only on inductances of this one phase strand. Advantageously, it is thus possible to select a particularly suitable phase strand for determining the position of the rotor.
  • the rotational angular position of the rotor For the determination of the rotational angular position of the rotor, it is expedient to respectively select that phase strand in which the lowest instantaneous operating current flows.
  • this can reduce falsifying influences of operating currents on the inductances of the pole windings and more accurately determine the rotational angular position on the basis of a predetermined relationship between the inductances of the pole windings influenced by the rotor field and the rotational angular position.
  • the measuring signal used is preferably a voltage signal divided according to the inductances of the pole windings of the electric machine and generated by dividing the voltage jump, and in particular a potential jump corresponding to the voltage jump at the respective measuring point.
  • Voltages at the measuring points e.g. Induced voltages or over ohmic resistors falling voltages, advantageously eliminate.
  • a signal which is independent of the inductances of the other phase strands is preferably formed.
  • a quotient of measuring signals determined at different measuring points is formed to form the independent signal.
  • the several measuring points suitably include the star point as a measuring point.
  • the voltage jump is preferably a potential edge of an operating voltage pulse applied to the electric machine, in particular a PWM pulse, or a separate measuring voltage pulse, which only negligibly influences the operation of the electrical machine.
  • the electric machine may be a multi-pole machine comprising, for example, twelve pole windings and magnet pairs for the formation of five magnetic periods.
  • the measuring points which concern one and the same phase strand can be those which are tapped by a measuring winding, wherein a corresponding measuring signal jump is induced in the measuring winding by the voltage jump.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an electrical machine whose rotor position can be determined by the method according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of the star-connected phase strands of the electric machine of Fig. 1,
  • Fig. 3 is an explanatory diagram of the process according to the invention.
  • Fig. 4 is a further schematic representation of an electrical machine with a
  • FIG. 1 shows an electric machine with a stator 1 and a rotor 2, in the present case an external rotor.
  • the stator 2 has six stator poles 3 in the example shown. Connected in series pole windings 4 adjacent stator poles 3 each form one of three current phase strands R, S, T, which are brought together at a neutral point 5.
  • the pole windings each have an iron core 6.
  • Fig. 2 shows separately the phase strands R, S, T with the pole windings 4 of the electric machine.
  • a tapping point 7, 7 'or 7 "for a measuring voltage signal is provided in each case between the two pole windings of each phase strand
  • a further tapping point 8 for a measuring voltage signal is located at the star point ⁇ 5.
  • the iron cores 6 of the pole windings 4 of the electric machine are magnetized differently by the magnetic field of the rotor 2, wherein different degrees of saturation of the core material to different inductances of the
  • each pole winding depends on the rotational angular position of the rotor 2. Within two rotation angle ranges of each 180 ° between the rotational position of the rotor and the inductance of the pole windings 4 each have a clear functional relationship.
  • Fig. 1 could be a larger number of magnetic periods forming magnetic pairs and a larger number of stator poles 3 or
  • Decisive for the jump height is the respective voltage divider ratio at the tapping points.
  • the voltage divider ratio for the resulting potential jump at the points of application depends only on the instantaneous inductivities of the pole windings 4.
  • the inductances are in turn dependent on the rotational position of the rotor 2.
  • the magnetic field of the rotor changes the degree of saturation of the magnetization of the iron cores 6 and thus the inductance of the pole windings 4.
  • FIG. 3 shows a circuit state in which a battery voltage UB is applied to the current phase line R.
  • the other two current phase strands S, T are grounded (potential zero point).
  • the difference UB - ai behaves to the battery voltage UB as the instantaneous inductance Li of the pole winding 4 'of the phase strand R to the sum of the current Inductance LR of the Phasenstra R and R of the instantaneous inductance LS, T of the parallel connection of the Phasensträ lengths S and T:
  • the quotient signal a hangs within each half magnetic period of the rotor field, i. in the case described within two rotational angle ranges of 180 °, clearly from the angle of rotation of the rotor and can therefore be a measure of the rotor rotation angle.
  • the determination of the quotient signal a permits a determination of the position of the rotor largely undisturbed by operating currents of the electrical machine on the basis of a predetermined functional combination between the rotor position and the quotient signal a by selecting that phase phase R, S, T in each case in which the lowest instantaneous operating current flows.
  • phase phase R, S, T essentially only the magnetic field (6) of the rotor is essentially transmitting, and the degree of saturation of the iron cores which determines the inductances is only slightly influenced by the operating currents.
  • a voltage jump across a pole winding 4 the magnitude of which depends on the respective inductance of the pole winding, as a result of a jump in the voltage across a phase winding, could also be tapped off by a measuring winding 9 shown in FIG.
  • the voltage jump at the pole winding 4 transmits tra nsformatorisch on the measuring winding 9.
  • Such a measuring windings 9 could at least one pole winding of each phase strand
  • a measuring point for tapping a spawning signal could, unlike the embodiments described above, also be provided on a phase winding with a single winding, the measuring point subdividing the single winding into partial windings. Due to the spatially different arrangement of the partial windings, the ratio of the inductances of the partial windings depends on the rotational position of the rotor.
  • measuring points including measuring windings could be interconnected via resistor networks.
  • the signal conditioning described above could, if necessary, be carried out digitally within the electrical machine, the processed signals being fed to a power output stage arranged externally of the electric machine.
  • a highly integrated circuit / evaluation unit is considered, which picks up signals at the measuring points, possibly via a measuring winding, directly inside the motor.
  • the evaluation unit could be designed to co-operate with power stages a, as they are conventionally used for the reception of signals from external position encoders, eg resolvers, a.
  • the detection and evaluation of the signals can be optimized by appropriate wiring of the windings.
  • windings belonging to the same rotor position can be connected in series in order to increase the signal level.
  • Signal conditioning can, for example, be an orthogonalization of the signals, in that sums and differences are formed. For scaling required for this, number of turns can be suitably selected.
  • the preferable selection of the strand with the lowest operating current may be less advantageous depending on the design of the electric machine, e.g. on machines with strong magnets because of the high saturation the measuring sensitivity decreases.
  • a different selection option can be used here, wherein possibly the approximately simultaneous evaluation of several phase strands is considered.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Position des Läufers einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit Polwicklungen (4), deren Induktivitäten im stromlosen Zustand zumindest innerhalb von Drehwinkelperioden in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehwinkelposition des Rotors (2) stehen, wobei wenigstens an einer Messstelle (7,8) zwischen Polwicklungen (4) ein von den momentanen Induktivitäten der Polwicklungen (4) abhängiges, durch Spannungssprünge (ΔUB) an einen Phasenstrangeingängen (R,S,T) erzeugtes Messsignal ((a1,as) abgegriffen wird. Erfindungsgemäß sind zum Signalabgriff mehrere Messstellen (7,8) vorgesehen, die sämtlich an ein und demselben Phasenstrang (4) angeordnet sind. Für die Messstellen wird jeweils der Phasenstrang (R,S,T) mit dem geringsten momentanen Betriebsstrom ausgewählt.

Description

Beschreibung:
Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Rotors einer mehrphasigen elektrischen Maschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Rotors einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit Polwicklungen, deren Induktivitäten im stromlosen Zustand zumindest innerhalb von Drehwinkelperioden in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehwinkelposition des Rotors stehen, wobei zur Bestimmung der Drehwinkelposition an einer Messstelle zwischen
Polwicklungen ein von den momentanen Induktivitäten der Polwicklungen der elektrischen Maschine abhängiges, durch einen Spannungssprung an einem Phasenstrangeingang erzeugtes Messsignal abgegriffen wird.
Verfahren solcher Art sind in DE 10 201 1 008 141 AI und DE 10 201 1 008 756 AI beschrieben. Sie erlauben die Bestimmung der Drehwinkelposition des Rotors während des Maschinenbetriebs ohne Verwendung von Sensoren, z.B.
Hallsonden. Die Messung von Spannungssignalen und deren Auswertung erfolgt innerhalb von Zeiträumen, in denen Änderungen der Drehposition des Rotors vernachlässigbar sind.
Als Messstelle für den Abgriff von Spannungssignalen wird bei elektrischen
Maschinen mit im Stern verschalteten Phasensträngen herkömmlich der Sternpunkt verwendet. In ein am Sternpunkt abgreifbares Spannungssignal gehen die Induktivitäten sämtlicher Polwicklungen der elektrischen Maschine ein.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein neues Verfahren der eingangs erwähnten Art geschaffen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Bestimmung der Drehwinkelposition jeweils Messsignale an mehreren, jeweils ein und denselben Phasenstrang betreffenden Messstellen abgegriffen werden. Gemäß der Erfindung lassen diese Messstellen die Ermittlung eines Messsignals zu, das nur von Induktivitäten dieses einen Phasenstrangs abhängt. Vorteilhaft besteht so die Möglichkeit, für die Positionsbestimmung des Rotors einen besonders geeigneten Phasenstrang auszuwählen.
Für die Bestimmung der Drehwinkelposition des Rotors wird zweckmäßig jeweils derjenige Phasenstrang ausgewählt, in dem der geringste momentane Betriebsstrom fließt. Vorteilhaft können dadurch verfälschende Einflüsse von Betriebsströmen auf die Induktivitäten der Polwicklungen verringert und die Drehwinkel- position anhand eines vorbestimmten Zusammenhangs zwischen den durch das Rotorfeld beeinflussten Induktivitäten der Polwicklungen und der Drehwinkelposition genauer ermittelt werden.
Als Messsignal wird vorzugsweise ein entsprechend den Induktivitäten der Polwick- lungen der elektrischen Maschine geteiltes, unter Teilung des Spannungssprungs erzeugtes Spannungssignal und insbesondere ein dem Spannungssprung entsprechender Potentialsprung an der jeweiligen Messstelle abgegriffen. Durch Ermittlung eines solchen Potentialsprungs lassen sich langsam ändernde
Spannungen an den Messstellen, z.B. induzierte Spannungen oder über ohmschen Widerständen abfallende Spannungen, vorteilhaft eliminieren.
Aus den Messsignalen der verschiedenen Messstellen wird vorzugsweise ein von den Induktivitäten der übrigen Phasenstränge unabhängiges Signal gebildet. Vorzugsweise wird zur Bildung des unabhängigen Signals ein Quotient aus an verschiedenen Messstellen ermittelten Messsignalen gebildet.
Wenn die Phasenstränge im Stern verschaltet sind, umfassen die mehreren Messstellen zweckmäßig den Sternpunkt als Messstelle.
Bei dem Spannungssprung handelt es sich vorzugsweise um eine Potentialflanke eines an die elektrische Maschine angelegten Betriebsspannungsimpulses, insbesondere PWM-Impulses, oder um einen gesonderten Messspannungsimpuls, weicher den Betrieb der elektrischen Maschine nur vernachlässigbar beeinflusst.
Bei der elektrischen Maschine kann es sich um eine vielpolige Maschine handeln, die z.B. zwölf Polwicklungen und Magnetpaare für die Bildung von fünf magnetischen Perioden umfasst. Bei den ein und denselben Phasenstrang betreffenden Messstellen kann es sich um solche handeln, die durch eine Messwicklung abgegriffen werden, wobei in der Messwicklung durch den Spannungssprung ein entsprechender Messsignal- sprung induziert wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beiliegenden, sich auf diese Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Schemadarstellung einer elektrischen Maschine, deren Rotorposition nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bestimmbar ist,
Fig. 2 eine Schemadarstellung der im Stern verschalteten Phasenstränge der elektrischen Maschine von Fig. 1 ,
Fig. 3 eine das erfindungsgemäße Verfahren erläuternde Darstellung, und
Fig. 4 eine weitere Schemadarstellung einer elektrischen Maschine mit einer
Messwicklung.
Fig. 1 zeigt eine elektrische Maschine mit einem Stator 1 und einem Rotor 2, im vor- liegenden Fall einem Außenrotor.
Der Stator 2 weist in dem gezeigten Beispiel sechs Statorpole 3 auf. In Reihe geschaltete Polwicklungen 4 benachbarter Statorpole 3 bilden jeweils einen von drei Stromphasensträngen R,S,T, die an einem Sternpunkt 5 zusammengeführt sind. Die Polwicklungen weisen jeweils einen Eisenkern 6 auf.
Fig. 2 zeigt gesondert die Phasenstränge R,S,T mit den Polwicklungen 4 der elektrischen Maschine. Jeweils zwischen den beiden Polwicklungen jedes Phasenstrangs ist eine Abgriffstelle 7,7' bzw. 7" für ein Messspannungssignal vorgesehen. Eine weitere Abgriffstelle 8 für ein Messspannungssignal befindet sich am Stern- punk†5.
Die Eisenkerne 6 der Polwicklungen 4 der elektrischen Maschine werden durch das Magnetfeld des Rotors 2 unterschiedlich magnetisiert, wobei unterschiedliche Sättigungsgrade des Kernmaterials zu unterschiedlichen Induktivitäten der
Polwicklungen 4 führen. Insbesondere hängt die Induktivität jeder Polwicklung von der Drehwinkelposition des Rotors 2 ab. Innerhalb zweier Drehwinkelbereiche von je 180 ° besteht zwischen der Drehposition des Rotors und der Induktivität der Polwicklungen 4 jeweils ein eindeutiger funktionaler Zusammenhang.
Abweichend von Fig. 1 könnte eine größere Anzahl von magnetische Perioden bildenden Magnetpaaren sowie eine größere Anzahl von Statorpolen 3 oder
Stromphasensträngen vorgesehen sein. In jedem Fall hingen die Induktivitäten der Polwicklungen innerhalb jeder halben magnetischen Periode eindeutig von der Rotorposition ab. Im Betrieb der elektrischen Maschine als Motor durch Impulsweitenmodulation (PWM- Verfahren), bei dem impulsweise eine Spannung, z.B. eine Batteriespannung U B, abwechselnd an die Phasenstränge R,S,T angelegt wird, kommt es an den Abgriffstellen 5 sowie 7,7' und 7" etwa zeitgleich mit den Flanken der PWM-Impulse zu Potentialsprüngen.
Maßgebend für die Sprunghöhe ist das jeweilige Spannungsteilerverhältnis an den Abgriffstellen. Bei sprunghaften Spannungsänderungen an den Eingängen der Phasenstränge R,S,T hängt das Spannungsteilerverhältnis für den daraus resultierenden Potentialsprung an den Angriffstellen nur von den momentanen Indukti- vitäten der Polwicklungen 4 ab. Die Induktivitäten sind wiederum von der Drehposition des Rotors 2 abhängig. Je nach der Drehposition des Rotors 2 ändert sich durch das Magnetfeld des Rotors der Sättigungsgrad der Magnetisierung der Eisenkerne 6 und damit die Induktivität der Polwicklungen 4. Fig. 3 zeigt einen Schaltungszustand, in dem an den Stromphasenstrang R eine Batteriespannung U B angelegt ist. Die beiden anderen Stromphasenstränge S,T liegen an Masse (Potentialnullpunkt). Im Moment des Spannungssprungs Δ U B kommt es am Sternpunkt 5 zu einem Spannungssprung der Sprunghöhe as. Die Differenz U B - as verhält sich zur Spannung U B wie die momentane Induktivität LR des Phasenstrangs R zur Summe der Induktivität LR des Phasenstrangs R und der momentanen Induktivität LS,T der Parallelschaltung der Phasenstränge S und T:
Figure imgf000006_0001
An der Abgriffstelle 7 wird gleichzeitig ein Spannungssignal ai abgegriffen. Die Differenz U B - a i verhält sich zur Batteriespannung U B wie die momentane Induktivität Li der Polwicklung 4' des Phasenstrangs R zur Summe der momentanen Induktivität LR des Phasenstra ngs R und der momentanten Induktivität LS,T der Parallelschaltung der Phasensträ nge S und T:
HBZfi = Li (2)
ÖD LR LS T
Dividiert man den Quotienten (U B - CI I )/U B durch den Quotienten (U B - as)/ U B, SO erhält ein Quotientensigna l a, das nur von Induktivitäten LI ,LR des Phasenstrangs R a bhä ngt:
Figure imgf000007_0001
Auch das Quotientensignal a hängt innerhalb jeder halben magnetischen Periode des Rotorfeldes, d.h. im beschriebenen Fall innerhalb zweier Drehwinkelbereiche von 180 °, eindeutig vom Drehwinkel des Rotors ab und kann da her ein Maß für den Rotordrehwinkel sein.
Vorteilhaft erlaubt die Bestimmung des Quotientensignals a eine durch Betriebsströme der elektrischen Maschine weitgehend ungestörte Bestimmung der Position des Rotors unter Zugrundelegung eines vorbestimmten funktionalen Zusa mmen- ha nges zwischen der Rotorposition und dem Quotientensignal a, indem jeweils derjenige der Phasenstränge R,S,T ausgewählt wird , in welchem der geringste momentane Betriebsstrom fließt. Für die Induktivitäten der Polwicklungen dieses Phasenstrangs ist da her im Wesentlichen nur das Magnetfeld (6) des Rotors ma ßgebend, und der für die Induktivitäten maßgebende Sättigungsgrad der Eisenkerne ist durch die Betriebsströme nur wenig beeinflusst.
Ein durch einen Spa nnungssprung a n einem Phasenstra ngeingang erzeugter Spannungssprung über einer Polwicklung 4, dessen Höhe von der jeweiligen Induktivität der Polwicklung abhängig ist, könnte auch durch eine in Fig. 4 gezeigte Messwicklung 9 abgegriffen werden. Der Spannungssprung an der Polwicklung 4 überträgt sich tra nsformatorisch auf die Messwicklung 9. Eine solche Messwicklungen 9 könnten an zumindest einer Polwicklung jedes Phasenstrangs
a ngebracht sein, so dass jeweils derjenige Phasenstra ng für die Messung a uswählbar ist, in welchem gerade der geringste Betriebsstrom der elektrischen Maschine fließt. Eine Messstelle zum Abgriff eines Spa nnungssigna ls könnte a bweichend von den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen auch an einem Phasenstrang mit einer einzigen Wicklung vorgesehen sein, wobei die Messstelle die einzige Wicklung in Teilwicklungen unterteilt. Aufgrund der räumlich unterschiedlichen Anordnung der Teilwicklungen hängt das Verhältnis der Induktivitäten der Teilwicklungen von der Drehposition des Rotors ab.
Die vorangehende Beschreibung nimmt darauf Bezug, dass für die Induktivitäten der Polwicklungen im stromlosen Zustand das Magnetfeld des Rotors maßgebend ist und da mit innerhalb jeder halben magnetischen Periode ein eindeutiger funktionaler Zusa mmenha ng zwischen dem Drehwinkel des Rotors und den Induktivitäten besteht. Es versteht sich, dass Induktivitätsä nderungen der Polwicklungen a uch durch Luftspaltänderungen bewirkt sein können, die sich mit der Drehung des Rotors ergeben.
U m die Anzahl von Leitungen und/oder Störeinflüsse zu reduzieren, könnten beispielsweise Messstellen einschließlich Messwicklungen über Widerstandsnetzwerke zusammengeschaltet werden. Die vorangehend beschriebene Signalaufbereitung könnte, ggf. digital, innerhalb der elektrischen Maschine erfolgen, wobei die aufbereiteten Signale einer a ußerha lb der elektrischen Maschine angeordneten Leistungsendstufe zugeführt werden. Zur Signala ufbereitung kommt eine hochintegrierte Schaltung/ Auswerteinheit in Betracht, die unmittelbar innerhalb des Motors Signale an den Mess- stellen, ggf. über eine Messwicklung, abgreift.
Zur Betriebsspan nungsversorgung der Auswerteinheit ka nn eine Hilfsspule oder eine Messwicklung selbst dienen, wobei sich gleichzeitig eine galvanische
Trennung ergibt. Sofern nicht alle Phasen der elektrischen Maschine im Gleichtakt geschaltet sind, kan n eine Ü bertragung von Betriebsenergie von der elektrischen Maschine auf die Auswertschaltung erfolgen.
Die Auswerteinheit könnte zur Zusammenarbeit mit Leistungsendstufen a usgelegt sein, wie sie herkömmlich für den Empfa ng von Signalen externer Positionsgeber, z.B. Resolver, a usgelegt sind. Bei Verwendung von Messwicklungen ka nn die Erfassung und Auswertung der Signa le durch entsprechende Verschaltung der Wicklungen optimiert werden . Zum Beispiel lassen sich zu gleicher Rotorlage gehörende Wicklungen in Reihe schalten, um den Signa lpegel zu erhöhen. Im Ra hmen einer noch komplexeren Signalaufbereitung kann z.B. eine Orthogonalisierung der Signale erfolgen, indem Summen und Differenzen gebildet werden. Für dazu notwendige Skalierungen lassen sich Windungszahlen geeignet wählen.
Die vorzugsweise Auswahl des Strangs mit dem geringsten Betriebsstrom kann abhängig von der Bauart der elektrischen Maschine weniger vorteilhaft sein, indem z.B. bei Maschinen mit starken Magneten wegen der hohen Sättigung die Messempfindlichkeit sinkt. Zur Optimierung des Messergebnisses kann hier eine andere Auswahlmöglichkeit genutzt werden, wobei ggf. die annähernd gleichzeitige Auswertung mehrerer Phasenstränge in Betracht kommt.

Claims

Verfahren zur Bestimmung der Drehwinkelposition des Rotors (2) einer mehrphasigen elektrischen Maschine mit Polwicklungen (4), deren Induktivitäten im stromlosen Zustand zumindest innerhalb von Drehwinkelabschnitte in eindeutigem Zusammenhang mit der Drehwinkelposition des Rotors (2) stehen, wobei zur Bestimmung der Drehwinkelposition an einer Messstelle (5,7) zwischen Polwicklungen (4) ein von den momentanen Induktivitäten der Polwicklungen (4) der elektrischen Maschine abhängiges, durch einen Spannungssprung (AU B) an einem Phasenstrangeingang (R,S,T) erzeugtes Messsignal (a i,as) abgegriffen wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bestimmung der Drehwinkelposition jeweils Messsignale (a i,as) an mehreren jeweils ein und denselben Phasenstrang (4) betreffenden Messstellen (7,8) abgegriffen werden.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Messsignal (a i,as) ein entsprechend den Induktivitäten der Polwicklungen (4) der elektrischen Maschine geteiltes, unter Teilung des Spannungssprungs (AU B) erzeugtes Spannungssignal ist und ein dem
Spannungssprung (AU B) entsprechender Potentialsprung an der jeweiligen Messstelle (7,8) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Messstellen jeweils der Phasenstrang (R,S,T) mit dem geringsten momentanen Betriebsstrom ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass aus den Messsignalen (a i,as) der verschiedenen Messstellen (7,8) ein von den Induktivitäten der übrigen Phasenstränge (S,T) unabhängiges Signal (a) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung des unabhängigen Signals (a) ein Quotient aus an verschiedenen Messstellen (7,8) ermittelten Messsignalen (ai,as) gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Phasenstränge (R,S,T) im Stern verschaltet sind und die mehreren Messstellen (7,8) den Sternpunkt (5) als eine Messstelle umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Spannungssprung (AU B) einer Impulsflanke eines an die elektrische Maschine angelegten Betriebsspannungsimpulses, insbesondere PWM- Impulses, oder gesonderten Messspannungsimpulses entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die elektrische Maschine eine vielpolige Maschine ist, die z.B. zwölf Polwicklungen und Magnetpaare für die Bildung von fünf magnetische
Perioden umfasst.
?. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Bestimmung der Drehwinkelposition die Messsignale mehrerer Phasenstränge ausgewertet werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass sowohl der Signalabgriff als auch eine Signalaufbereitung durch eine Auswerteinheit innerhalb der elektrischen Maschine erfolgt.
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CN201880006396.7A CN110402537A (zh) 2017-01-12 2018-01-09 用于确定多相电机的转子的转角位置的方法
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113389538B (zh) * 2021-06-29 2023-07-11 北京三一智造科技有限公司 车身回转控制方法以及系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001015309A1 (en) * 1999-08-26 2001-03-01 Baldor Electric Company Encoderless rotor position detection method and apparatus
DE102008043340A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Positionserfassung des Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators
US20110316464A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Valeo Systemes De Controle Moteur Electric device comprising an alternating current electric motor and a control inverter and a method for measuring the electromotive force of this device
DE102011008141A1 (de) 2011-01-08 2012-07-12 Rolf Strothmann Vorrichtung zur Ermittlung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
DE102011008756A1 (de) 2011-01-17 2012-07-19 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
WO2013124631A2 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Stored Energy Technology Limited Improvements in or relating to rotor position detection
DE102013109379A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Drehposition des Rotors einer elektrischen Maschine

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3678598B2 (ja) * 1999-02-17 2005-08-03 三菱電機株式会社 固定子巻線のインダクタンスの変化を利用して回転子位置を検出するモータの駆動方法及び駆動装置
JP2002345286A (ja) * 2001-05-18 2002-11-29 Kunio Seki ３相半波駆動ブラシレスモータの駆動装置
US20070031131A1 (en) * 2005-08-04 2007-02-08 Mountain Engineering Ii, Inc. System for measuring the position of an electric motor
FI118555B (fi) * 2006-05-22 2007-12-14 Verteco Ltd Kestomagneettigeneraattorin ohjaus
GB0808342D0 (en) * 2008-05-08 2008-06-18 Trw Ltd Position sensorless motor control
DE102010052799A1 (de) * 2010-11-24 2012-05-24 Rolf Strothmann Vorrichtung zur Ermittlung der Rotordrehposition einer elektrischen Maschine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001015309A1 (en) * 1999-08-26 2001-03-01 Baldor Electric Company Encoderless rotor position detection method and apparatus
DE102008043340A1 (de) * 2008-10-31 2010-05-06 Zf Friedrichshafen Ag Verfahren zur Positionserfassung des Magnetankers eines elektromagnetischen Aktuators
US20110316464A1 (en) * 2010-06-25 2011-12-29 Valeo Systemes De Controle Moteur Electric device comprising an alternating current electric motor and a control inverter and a method for measuring the electromotive force of this device
DE102011008141A1 (de) 2011-01-08 2012-07-12 Rolf Strothmann Vorrichtung zur Ermittlung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
DE102011008756A1 (de) 2011-01-17 2012-07-19 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Position des Läufers einer elektrischen Maschine
WO2013124631A2 (en) * 2012-02-24 2013-08-29 Stored Energy Technology Limited Improvements in or relating to rotor position detection
DE102013109379A1 (de) * 2013-08-29 2015-03-05 Rolf Strothmann Verfahren zur Bestimmung der Drehposition des Rotors einer elektrischen Maschine

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