WO2022117136A1 - Verfahren zur ermittlung einer drehposition, verfahren zur ermittlung einer elektrischen winkelposition und verfahren zur ansteuerung eines elektromotors - Google Patents

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure

Definitions

  • the invention relates to a method according to the preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a method for determining an electrical angle position and a method for controlling an electric motor.
  • DE 102016 207643 A1 describes a method for determining a position of a rotor of an electric motor with respect to a stator of the electric motor, the rotor having permanent magnets and a magnetic encoder with a plurality of magnetic poles, the stator having three-phase windings and at least one magnetic field pickup, and the electric motor commutating step by step under electronic sensor control is, the rotor being moved relative to the stator, signals of the at least one magnetic field sensor being detected in a number of commutation steps and a position of the rotor relative to the stator being determined taking into account the signals of the at least one magnetic field sensor recorded in the number of commutation steps.
  • the object of the present invention is to detect the rotational position of a rotor more precisely.
  • the electric motor should be controlled more precisely.
  • the electric motor should be operated more efficiently and be constructed more cost-effectively.
  • At least one of these objects is solved by a method for determining a rotational position with the features of claim 1.
  • the rotational position of the rotor can be detected accurately and reliably during operation of the electric motor.
  • the electric motor can be made cheaper.
  • the electric motor can be arranged in a vehicle.
  • the vehicle may be a hybrid vehicle or an electric vehicle.
  • the electric motor can be arranged in a drive train of the vehicle.
  • the electric motor can provide drive torque to propel the vehicle.
  • the electric motor can bring about an actuation of an actuation element, for example a transmission and/or a clutch.
  • the electric motor can be a brushless DC motor.
  • the electric motor can be controlled with an AC voltage.
  • the electric motor can have a multi-pole design.
  • the rotation sensor can be a rotor position sensor.
  • the rotation sensor may have a sensing element and a rotating element.
  • the rotary element can be connected to the rotor and can be rotated about the axis of rotation.
  • the rotary element can be arranged on the front side of the rotor.
  • the rotating element can have a plurality of sub-segments arranged on the peripheral side.
  • the rotary element can have sub-segments arranged on the peripheral side.
  • the sub-segment can be a circle segment.
  • the individual sub-segment can be designed as a magnetized pair of poles.
  • the number of sub-segments can be equal to the number n of pole pairs of the electric motor.
  • the measuring element can output an analogue sensor signal.
  • the sensor signal can be a sinusoidal sensor signal or a cosinusoidal sensor signal. If the sub-segments are incorrectly positioned, the rotational position can still be precisely detected using the proposed
  • the measuring element can be designed as a Hall sensor.
  • the sensing element may be axially opposite to the rotating element.
  • the measuring element can be fixed to the housing.
  • the rotational position is preferably determined independently of a rotational speed and/or rotational acceleration of the rotor.
  • the sequence of measured values has at least two measured values that are immediately before the first point in time.
  • the sequence of measured values can have a number of measured values that corresponds to the number of reference values of the sensor measured value reference. This allows an exact comparison of the measured values to be carried out.
  • the rotation sensor has a first sensor element and a second sensor element and at least one of the measured values includes a first partial measured value of the first sensor element and a second partial measured value of the second sensor element.
  • the first partial measured value can be calculated using a sensor signal from the first sensor element and the second partial measured value can be calculated using a sensor signal from the second sensor element.
  • the first sensor element can be designed as a first measuring element.
  • the second sensor element can be designed as a second measuring element.
  • the first and second sensor element can be offset from one another by 90° about the axis of rotation.
  • the first and/or second measuring element can be designed as a Hall sensor.
  • a preferred embodiment of the invention is advantageous in which each of the reference values and/or the measured values from the sequence of measured values includes the first partial measured value and the second partial measured value.
  • the reference value and/or the measured value can also include more than two partial measured values.
  • the first partial measured value is an amplitude of a sinusoidal sensor signal of the first sensor element.
  • the first partial measured value can also be a phase and/or an offset of the sinusoidal sensor signal.
  • the second partial measured value is an amplitude of a cosine-shaped sensor signal of the second sensor element.
  • the second partial measured value can also be a phase and/or an offset of the cosine-shaped sensor signal.
  • the electric motor has n pairs of poles and the sensor measured value reference has at least n reference values.
  • the number of reference values can be equal to the number of pole pairs of the electric motor.
  • a preferred embodiment of the invention is advantageous in which at least one reference value is assigned to each rotational position corresponding to a respective pair of poles.
  • the rotational position to be determined and the electrical period of the electric motor can be limited to the associated pair of poles.
  • At least one of the objects specified above is achieved by a method for determining an electrical angular position of a rotor assigned to an electric motor, with which the electrical angular position is determined by calculating a profile of an angular deviation of the electrical angular position as a function of the rotational position determined as described above and the electrical angular position is corrected depending on the angular deviation.
  • At least one of the objects specified above is achieved by a method for electrically activating an electric motor by commutation depending on an electrical angular position of the rotor determined as described above.
  • the electrical angular position for commutation can be recorded more precisely.
  • the electrical angular position can be determined more independently of mechanical errors and tolerances.
  • the commutation is preferably set as a function of the corrected electrical angular position.
  • the corrected electrical angular position can be determined more cost-effectively and thereby the electrical control of the electric motor can be carried out more cost-effectively.
  • the electric motor can be controlled more precisely electrically.
  • the angular deviation can form a correction value for the commutation based on the electrical angular position.
  • the electrical angle position can be calculated from a sensor signal of the rotation sensor, preferably from the sensor signal of the first sensor element and the sensor signal of the second sensor element, preferably via an arctangent function, in particular atan2 function.
  • the electrical angular position can be determined precisely and inexpensively.
  • the cosine and sinusoidal sensor signals can be used as input signals for calculating the electrical angular position.
  • FIG. 1 A section of a three-dimensional view of a rotor for use in a method in a special embodiment of the invention.
  • FIG. 2 A method for determining a rotational position in a special embodiment of the invention.
  • FIG. 3 A course of an angular deviation of the electrical angular position from the rotary position.
  • Figure 4 A sensor reading reference and a sequence of readings.
  • FIG. 1 shows a section of a three-dimensional view of a rotor for use in a method in a special embodiment of the invention.
  • the electric motor 10 includes a rotor 12, which is rotatable about an axis of rotation 14 and a stator, not shown here.
  • the stator is preferably arranged radially inside the rotor 12 and includes three-phase windings that are electrically controlled by commutation in order to drive the rotor 12 .
  • the electric motor 10 has a multi-pole design and has a number n of pole pairs 16 .
  • the pairs of poles 16 are formed by permanent magnets 18 which are arranged on an inner circumference of the rotor 12 .
  • the permanent magnets 18 are used to follow the magnetic field emanating from the three-phase windings so that the rotor 12 rotates about the axis of rotation 14 .
  • a rotary element 20 constructed in the form of a ring is arranged on the end face of the rotor 12 .
  • the rotary element 20 has a predetermined number of sub-segments, which each comprise at least one pair of poles 22 and are arranged alternately around the axis of rotation 14 on the circumferential side.
  • the permanent magnets 18 have the same number of pole pairs 16 as the rotating element 20 .
  • a pair of poles 22 of the rotating element 20 is formed by two oppositely magnetized magnetic poles N, S.
  • the number of permanent magnets 18 is specified by the number of pole pairs 16 of the rotor 12, whereby the number of magnetic poles N, S on the rotating element 20 is preferably also specified.
  • a magnetic field of the rotating element 20 can be detected by measuring elements, in particular Hall sensors.
  • the measuring elements can be located axially opposite the rotary element 20 and can preferably be firmly connected to the stator.
  • FIG. 2 shows a method 100 for determining a rotational position in a special embodiment of the invention.
  • Method 100 for determining a rotational position of a rotor can be used during operation of the electric motor.
  • the rotary position of the rotor is determined as a function of measured values from a rotary sensor by a measurement signal 104 of the rotary sensor being detected and recorded in an introductory step 102 at a first point in time during operation of the rotor.
  • the measurement signal 104 is preferably an analog signal and includes in particular a sinusoidal sensor signal 104.1 and a cosinusoidal sensor signal 104.2.
  • the sinusoidal sensor signal 104.1 can be provided by a first sensor element of the rotary sensor and the cosinusoidal sensor signal 104.2 can be provided by a second sensor element of the rotary sensor.
  • the measurement signal 104 is processed in a next step 106 and output as a processed measurement signal 108 .
  • An amplitude, phase and/or an offset of the respective sensor signal 104.1, 104.2 can be evaluated and processed in a further step 110.
  • the electrical angular position ⁇ p e of the rotor is calculated from this.
  • a sensor measured value reference 118 is used, which includes a fixed sequence of reference values R, as shown in FIG. 4a).
  • the reference values R are preferably measured values of the rotation sensor, which are associated with an actual and verified rotational position of the rotor.
  • the reference values R can be recorded and stored, for example, before commissioning, in particular before initial commissioning, of the rotor and, as shown in FIG R1, which is for example an amplitude of a sinusoidal sensor signal of the first sensor element, and a second partial measured value R2, which is an amplitude of a cosinusoidal sensor signal of the second sensor element, and are assigned to the respective pole segment k of the rotor.
  • the reference values R can be determined during operation of the electric motor, in particular during step 106 .
  • the measured values recorded prior to the first point in time are used as a sequence 120 of measured values to determine the rotational position p r of the rotor at a first point in time.
  • the sequence 120 of measured values M contains the same number of measured values M as in the sensor measured value reference.
  • the rotational position present on the rotor at the first point in time X is calculated as a function of a comparison between the sequence 120 of measured values X and X-1 to X-9 that precede the point in time X and the sequence of reference values of the sensor measured value reference from FIG. 4 a).
  • the comparison of the sequence 120 of the measured values M to the sequence of the reference values R can take place via a cyclic convolution. The comparison can be created and updated during operation of the electric motor in parallel with the determination of the rotational position, without impairing the operation of the electric motor.
  • angle discrepancies A p recorded in advance can be taken into account and corrected in a subsequent step 122 using the determined electrical angular position ⁇ e and the rotational position p r .
  • the commutation of the electric motor can be calculated depending on the determined rotational position p r , the electrical angular position ⁇ pe and a previously determined curve between the angular deviation A ⁇ p of the electrical angular position ⁇ pe depending on the rotational position p r .
  • a course of the angular deviation A p is shown in FIG. 3 by way of example over the rotational position p r .
  • the angular deviation A p to be taken into account can be calculated via the stored profile of the angular deviation A p from the determined rotational position p r .
  • the sequence of reference values R and a course of angular deviations A p can be determined using a method from the field of sensorless control.
  • the course of the angular deviation A p can be recorded in advance, for example after production of the electric motor and initial commissioning and/or during operation of the electric motor.
  • the course of the deviation can be stored functionally or in a lookup table. When determining the course of the deviation, mechanical tolerances can be taken into account.
  • the rotary sensor can be suitably modified.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (100) zur Ermittlung einer Drehposition (φr) eines einem Elektromotor (10) zugeordneten Rotors (12), der um eine Drehachse (14) gegenüber einem Stator drehbar ist und dessen Drehposition (φr) durch wenigstens einen Messwert (M) eines Drehsensors ermittelt wird, indem zu einem ersten Zeitpunkt (X) im Betrieb des Rotors (12) wenigstens ein Messwert (M) des Drehsensors mit einer gespeicherten Sensormesswertreferenz (118), umfassend Referenzwerte (R) als zuvor gespeicherte Messwerte des Drehsensors an verschiedenen Drehpositionen (φr) des Drehsensors, verglichen wird, wobei die Sensormesswertreferenz (118) eine festgelegte Abfolge (120) von Referenzwerten (R) aufweist und zeitlich vor dem ersten Zeitpunkt (X) aufgezeichnete Messwerte (M) als eine Abfolge (120) von Messwerten (M) gespeichert werden, wobei die an dem Rotor (12) zu dem ersten Zeitpunkt (X) vorliegende Drehposition (<pr) abhängig von einem Vergleich zwischen der Abfolge (120) von Messwerten (M) und der Abfolge von Referenzwerten (R) berechnet wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer elektrischen Winkelposition (φe) und ein Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Elektromotors (10).

Description

Verfahren zur Ermittlung einer Drehposition, Verfahren zur Ermittlung einer elektrischen Winkelposition und Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors
Beschreibungseinleitung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ermittlung einer elektrischen Winkelposition und ein Verfahren zur Ansteuerung eines Elektromotors.
In DE 102016 207643 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Position eines Rotors eines Elektromotors bezüglich eines Stators des Elektromotors beschrieben, wobei der Rotor Permanentmagnete und einen Magnetgeber mit mehreren Magnetpolen aufweist, der Stator Drehstromwicklungen und wenigstens einen Magnetfeldaufnehmer aufweist und der Elektromotor elektronisch sensorgesteuert schrittweise kommutiert ist, wobei der Rotor relativ zu dem Stator bewegt wird, dabei in mehreren Kommutierungsschritten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers erfasst werden und eine Position des Rotors bezüglich des Stators unter Berücksichtigung der in den mehreren Kommutierungsschritten erfassten Signale des wenigstens einen Magnetfeldaufnehmers ermittelt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, die Drehposition eines Rotors genauer zu erfassen. Der Elektromotor soll genauer angesteuert werden. Der Elektromotor soll effizienter betrieben werden und kostengünstiger aufgebaut sein.
Wenigstens eine dieser Aufgaben wird durch ein Verfahren zur Ermittlung einer Drehposition mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Dadurch kann die Drehposition des Rotors im Betrieb des Elektromotors genau und zuverlässig erfasst werden. Der Elektromotor kann kostengünstiger ausgeführt werden.
Der Elektromotor kann in einem Fahrzeug angeordnet sein. Das Fahrzeug kann ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug sein. Der Elektromotor kann in einem Antriebsstrang des Fahrzeugs angeordnet sein. Der Elektromotor kann ein Antriebsdrehmoment zur Fortbewegung des Fahrzeugs bereitstellen. Der Elektromotor kann eine Betätigung eines Betätigungselements, beispielsweise eines Getriebes und/oder einer Kupplung, bewirken. Der Elektromotor kann ein bürstenloser Gleichstrommotor sein. Der Elektromotor kann mit einer Wechselspannung angesteuert werden. Der Elektromotor kann mehrpolig aufgebaut sein.
Der Drehsensor kann ein Rotorlagesensor sein. Der Drehsensor kann ein Messelement und ein Drehelement aufweisen. Das Drehelement kann mit dem Rotor verbunden und um die Drehachse drehbar sein. Das Drehelement kann stirnseitig an dem Rotor angeordnet sein. Das Drehelement kann mehrere umfangsseitig angeordnete Teilsegmente aufweisen. Das Drehelement kann umfangsseitig angeordnete Teilsegmente aufweisen. Das Teilsegment kann ein Kreissegment sein. Das einzelne Teilsegment kann als magnetisiertes Polpaar ausgeführt sein. Die Anzahl an Teilsegmenten kann gleich der Anzahl n an Polpaaren des Elektromotors sein. Das Messelement kann ein analoges Sensorsignal ausgeben. Das Sensorsignal kann ein sinusförmiges Sensorsignal oder ein kosinusförmiges Sensorsignal sein. Weisen die Teilsegmente Fehlstellungen auf, kann die Drehposition durch das vorgeschlagene Verfahren dennoch genau erfasst werden.
Das Messelement kann als Hallsensor ausgeführt sein. Das Messelement kann dem Drehelement axial gegenüberliegen. Das Messelement kann gehäusefest angeordnet sein.
Die Drehposition wird bevorzugt unabhängig von einer Drehgeschwindigkeit und/oder Drehbeschleunigung des Rotors ermittelt.
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn die Abfolge von Messwerten wenigstens zwei Messwerte aufweist, die zeitlich unmittelbar vor dem ersten Zeitpunkt liegen. Die Abfolge von Messwerten kann eine Anzahl an Messwerten aufweisen, die der Anzahl an Referenzwerten der Sensormesswertreferenz entspricht. Dadurch kann ein genauer Vergleich der Messwerte durchgeführt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Drehsensor ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement aufweist und wenigstens einer der Messwerte einen ersten Teilmesswert des ersten Sensorelements und einen zweiten Teilmesswert des zweiten Sensorelements umfasst. Der erste Teilmesswert kann durch ein Sensorsignal des ersten Sensorelements und der zweite Teilmesswert kann durch ein Sensorsignal des zweiten Sensorelements berechnet werden. Das erste Sensorelement kann als erstes Messelement ausgeführt sein. Das zweite Sensorelement kann als zweites Messelement ausgeführt sein. Das erste und zweite Sensorelement können um 90° zueinander um die Drehachse versetzt angeordnet sein. Das erste und/oder zweite Messelement kann als Hall-Sensor ausgeführt sein. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der jeder der Referenzwerte und/oder der Messwerte aus der Abfolge an Messwerten den ersten Teilmesswert und den zweiten Teilmesswert umfasst. Auch kann der Referenzwert und/oder der Messwert mehr als zwei Teilmesswerte umfassen.
Bei einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Teilmesswert eine Amplitude eines sinusförmigen Sensorsignals des ersten Sensorelements ist. Auch kann der erste Teilmesswert eine Phase und/oder ein Offset des sinusförmigen Sensorsignals sein.
Bei einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der zweite Teilmesswert eine Amplitude eines kosinusförmigen Sensorsignals des zweiten Sensorelements ist. Auch kann der zweite Teilmesswert eine Phase und/oder ein Offset des kosinusförmigen Sensorsignals sein.
Bei einer speziellen Ausführung der Erfindung ist es von Vorteil, wenn der Elektromotor n Polpaare und die Sensormesswertreferenz wenigstens n Referenzwerte aufweist. Die Anzahl an Referenzwerten kann gleich zu der Anzahl an Polpaaren des Elektromotors sein.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist vorteilhaft, bei der jeder einem jeweiligen Polpaar entsprechenden Drehposition wenigstens ein Referenzwert zugeordnet wird.
Dadurch kann die zu ermittelnde Drehposition und die elektrische Periode des Elektromotors auf das zugeordnete Polpaar eingegrenzt werden.
Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch ein Verfahren zur Ermittlung einer elektrischen Winkelposition eines einem Elektromotor zugeordneten Rotors gelöst, mit dem die elektrische Winkelposition ermittelt wird, indem ein Verlauf einer Winkelabweichung der elektrischen Winkelposition abhängig von der wie zuvor beschriebenen ermittelten Drehposition berechnet und die elektrische Winkelposition abhängig von der Winkelabweichung berichtigt wird.
Weiterhin wird wenigstens eine der zuvor angegebenen Aufgaben durch ein Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Elektromotors durch eine Kommutierung abhängig von einer wie zuvor beschrieben ermittelten elektrischen Winkelposition des Rotors gelöst. Dadurch kann die elektrische Winkelposition zur Kommutierung genauer erfasst werden. Die elektrische Winkelposition kann unabhängiger von mechanischen Fehlern und Toleranzen ermittelt werden.
Bevorzugt wird die Kommutierung abhängig von der berichtigten elektrischen Winkelposition eingestellt. Die berichtigte elektrische Winkelposition kann kostengünstiger ermittelt und dadurch die elektrische Ansteuerung des Elektromotors kostengünstiger durchgeführt werden. Der Elektromotor kann genauer elektrisch angesteuert werden. Die Winkelabweichung kann einen Korrekturwert für die auf Grundlage der elektrischen Winkelposition erfolgende Kommutierung bilden.
Die elektrische Winkelposition kann aus einem Sensorsignal des Drehsensors, bevorzugt aus dem Sensorsignal des ersten Sensorelements und dem Sensorsignal des zweiten Sensorelements, bevorzugt über eine Arcustangens-Funktion, insbesondere atan2-Funktion, berechnet werden. Dadurch kann die elektrische Winkelposition genau und kostengünstig ermittelt werden. Dabei können das kosinusförmige und sinusförmige Sensorsignal als Eingabesignal zur Berechnung der elektrischen Winkelposition verwendet werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und den Abbildungen.
Figurenbeschreibung
Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Abbildungen ausführlich beschrieben. Es zeigen im Einzelnen:
Figur 1 : Einen Ausschnitt einer räumlichen Ansicht eines Rotors zur Anwendung in einem Verfahren in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 2: Ein Verfahren zur Ermittlung einer Drehposition in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung.
Figur 3: Einen Verlauf einer Winkelabweichung der elektrischen Winkelposition von der Drehposition.
Figur 4: Eine Sensormesswertreferenz und eine Abfolge von Messwerten.
Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer räumlichen Ansicht eines Rotors zur Anwendung in einem Verfahren in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Der Elektromotor 10 umfasst einen Rotor 12, der um eine Drehachse 14 drehbar ist und einen hier nicht dargestellten Stator. Der Stator ist bevorzugt radial innerhalb des Rotors 12 angeordnet und umfasst Drehstromwicklungen, die durch eine Kommutierung elektrisch angesteuert werden, um den Rotor 12 anzutreiben. Der Elektromotor 10 ist mehrpolig aufgebaut und weist eine Anzahl n an Polpaaren 16 auf. Die Polpaare 16 werden durch Permanentmagnete 18 gebildet, die an einem Innenumfang des Rotors 12 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 18 dienen dazu, dem von den Drehstromwicklungen ausgehenden Magnetfeld zu folgen, damit sich der Rotor 12 um die Drehachse 14 dreht.
An der Stirnseite des Rotors 12 ist ein ringförmig aufgebautes Drehelement 20 angeordnet. Das Drehelement 20 weist eine vorgegebene Anzahl von Teilsegmenten auf, die jeweils zumindest ein Polpaar 22 umfassen und umfangsseitig abwechselnd um die Drehachse 14 angeordnet sind. Die Permanentmagnete 18 weisen die gleiche Anzahl von Polpaaren 16 wie das Drehelement 20 auf. Ein Polpaar 22 des Drehelements 20 wird dabei von zwei gegensätzlich magnetisierten Magnetpolen N, S gebildet. Die Anzahl der Permanentmagnete 18 wird durch die Anzahl an Polpaaren 16 des Rotors 12 vorgegeben, wodurch bevorzugt auch die Anzahl der Magnetpole N, S auf dem Drehelement 20 vorgegeben wird.
Ein Magnetfeld des Drehelements 20 ist durch Messelemente, insbesondere Hall-Sensoren, erfassbar. Die Messelemente können dem Drehelement 20 axial gegenüberliegen und bevorzugt fest mit dem Stator verbunden sein.
Figur 2 zeigt ein Verfahren 100 zur Ermittlung einer Drehposition in einer speziellen Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren 100 zur Ermittlung einer Drehposition eines Rotors kann im Betrieb des Elektromotors angewendet werden. Die Drehposition des Rotors wird abhängig von Messwerten eines Drehsensors ermittelt, indem zu einem ersten Zeitpunkt im Betrieb des Rotors in einem einleitenden Schritt 102 ein Messsignal 104 des Drehsensors erfasst und aufgenommen wird. Das Messsignal 104 ist bevorzugt ein analoges Signal und umfasst insbesondere ein sinusförmiges Sensorsignal 104.1 und ein kosinusförmiges Sensorsignal 104.2. Das sinusförmige Sensorsignal 104.1 kann von einem ersten Sensorelement des Drehsensors und das kosinusförmige Sensorsignal 104.2 kann von einem zweiten Sensorelement des Drehsensors bereitgestellt werden. Das Messsignal 104 wird in einem nächsten Schritt 106 aufbereitet und als aufbereitetes Messsignal 108 ausgegeben. Dabei kann eine Amplitude, Phase und/oder ein Offset des jeweiligen Sensorsignals 104.1 , 104.2 ausgewertet werden und in einem weiteren Schritt 110 verarbeitet werden. Anschließend wird daraus in einem nachfolgenden Schritt 112 die elektrische Winkelposition <pe des Rotors berechnet.
Mit dem aufbereiteten Messsignal 108 und der elektrischen Winkelposition <pe wird in einem anschließenden Schritt 114 die Drehposition pr des Rotors in Bezug auf die Drehachse berechnet. Dabei wird eine Sensormesswertreferenz 118 verwendet, die eine festgelegte Abfolge von Referenzwerten R, wie in Figur 4 a) gezeigt, umfasst. Die Referenzwerte R sind bevorzugt Messwerte des Drehsensors, die einer tatsächlichen und überprüften Drehposition des Rotors zugeordnet sind. Die Referenzwerte R können beispielsweise vor einer Inbetriebnahme, insbesondere vor einer Erstinbetriebnahme, des Rotors aufgenommen und gespeichert werden und umfassen wie in Figur 4 a) dargestellt am Beispiel eines 10-poligen Elektromotors zehn Referenzwerte R, die jeweils Messwerten entsprechen, die aus einem ersten Teilmesswert R1, der beispielsweise eine Amplitude eines sinusförmigen Sensorsignals des ersten Sensorelements ist und einem zweiten Teilmesswert R2, der eine Amplitude eines kosinusförmigen Sensorsignals des zweiten Sensorelements ist, aufgebaut und dem jeweiligen Polsegment k des Rotors zugeordnet sind. Die Referenzwerte R können alternativ während des Betriebs des Elektromotors, insbesondere während dem Schritt 106, ermittelt werden.
Wieder mit Bezug auf Figur 2, werden weiterhin zur Ermittlung der Drehposition pr des Rotors zu einem ersten Zeitpunkt die zeitlich vor dem ersten Zeitpunkt aufgezeichneten Messwerte als eine Abfolge 120 von Messwerten verwendet. Wie in Figur 4 b) gezeigt, sind in der Abfolge 120 an Messwerten M eine gleiche Anzahl an Messwerten M wie in der Sensormesswertreferenz enthalten. Die an dem Rotor zu dem ersten Zeitpunkt X vorliegende Drehposition wird abhängig von einem Vergleich zwischen der Abfolge 120 von Messwerten X und X-1 bis X-9, die dem Zeitpunkt X vorausgehen und der Abfolge von Referenzwerten der Sensormesswertreferenz aus Figur 4 a) berechnet. Der Vergleich der Abfolge 120 der Messwerte M zu der Abfolge der Referenzwerte R kann dabei über eine zyklische Faltung erfolgen. Der Vergleich kann im Betrieb des Elektromotors parallel zu der Ermittlung der Drehposition erstellt und aktualisiert werden, ohne den Betrieb des Elektromotors zu beeinträchtigen.
Mit Bezug auf Figur 2 können mit der ermittelten elektrischen Winkelposition <pe und der Drehposition pr in einem nachfolgenden Schritt 122 vorab erfasste Winkelabweichungen A p berücksichtigt und berichtigt werden. Die Kommutierung des Elektromotors kann abhängig von der ermittelten Drehposition pr, der elektrischen Winkelposition <pe und einem zuvor ermittelten Verlauf zwischen der Winkelabweichung A<p der elektrischen Winkelposition <pe abhängig von der Drehposition pr berechnet werden. Ein Verlauf der Winkelabweichung A p ist beispielhaft über die Drehposition pr in Figur 3 abgebildet. In Kenntnis der Drehpositionpr kann über den gespeicherten Verlauf der Winkelabweichung A p zu der ermittelten Drehposition pr die zu berücksichtigende Winkelabweichung A p berechnet werden. Beispielsweise besteht in Figur 3 bei der Drehposition pr von 72° eine Winkelabweichung A p von 5°. Die Abfolge der Referenzwerte R und ein Verlauf von Winkelabweichungen A p kann durch ein Verfahren aus dem Bereich der geberlosen Regelung ermittelt werden. Der Verlauf der Winkelabweichung A p kann wie bei der Aufnahme der Sensormesswertreferenz vorab, beispielsweise nach Fertigung des Elektromotors und einer Erstinbetriebnahme und/oder während des Betriebs des Elektromotors aufgezeichnet werden. Beispielsweise kann der Abweichungsverlauf funktional oder in einer Lookup-Tabelle hinterlegt sein. Bei der Ermittlung des Abweichungsverlaufs können mechanische Toleranzen berücksichtigt werden.
Um die Referenzwerte R der Sensormesswertreferenz 118, wie in Figur 4 a) angegeben und/oder die Abfolge 120 an Messwerten M, wie in Figur 4 b) aufgeführt noch unterscheidbarer auszuführen, kann der Drehsensor geeignet verändert werden.
Bezuqszeichenliste
10 Elektromotor
12 Rotor
14 Drehachse
16 Polpaar
18 Permanentmagnet
20 Drehelement
22 Polpaar
100 Verfahren
102 Schritt
104 Messsignal
104.1 Sensorsignal
104.2 Sensorsignal
106 Schritt
108 aufbereitetes Messsignal
110 Schritt
112 Schritt
114 Schritt
118 Sensormesswertreferenz
120 Abfolge
122 Schritt

Claims

-9-
Patentansprüche Verfahren (100) zur Ermittlung einer Drehposition (<pr) eines einem Elektromotor (10) zugeordneten Rotors (12), der um eine Drehachse (14) gegenüber einem Stator drehbar ist und dessen Drehposition (<pr) durch wenigstens einen Messwert eines Drehsensors ermittelt wird, indem zu einem ersten Zeitpunkt (X) im Betrieb des Rotors (12) wenigstens ein Messwert des Drehsensors mit einer gespeicherten Sensormesswertreferenz (118), umfassend Referenzwerte (R) als zuvor gespeicherte Messwerte des Drehsensors an verschiedenen Drehpositionen (<pr) des Drehsensors, verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensormesswertreferenz (118) eine festgelegte Abfolge (120) von Referenzwerten (R) aufweist und zeitlich vor dem ersten Zeitpunkt (X) aufgezeichnete Messwerte (M) als eine Abfolge (120) von Messwerten (M) gespeichert werden, wobei die an dem Rotor (12) zu dem ersten Zeitpunkt (X) vorliegende Drehposition (<pr) abhängig von einem Vergleich zwischen der Abfolge (120) von Messwerten (M) und der Abfolge von Referenzwerten (R) berechnet wird. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abfolge (120) von Messwerten (M) wenigstens zwei Messwerte (M) aufweist, die zeitlich unmittelbar vor dem ersten Zeitpunkt (X) liegen. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehsensor wenigstens ein erstes Sensorelement und ein zweites Sensorelement aufweist und wenigstens einer der Messwerte (M) einen ersten Teilmesswert (R1) des ersten Sensorelements und einen zweiten Teilmesswert (R2) des zweiten Sensorelements umfasst. Verfahren (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Referenzwerte (R) und/oder der Messwerte (M) aus der Abfolge (120) an Messwerten (M) den ersten Teilmesswert (R1) und den zweiten Teilmesswert (R2) umfasst. Verfahren (100) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilmesswert (R1) einem sinusförmigen Sensorsignal (104.1) zugeordnet ist.
6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilmesswert (R2) einem kosinusförmigen Sensorsignal (104.2) zugeordnet ist.
7. Verfahren (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (10) n Polpaare (16) und die Sensormesswertreferenz (118) wenigstens n Referenzwerte (R) aufweist.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einem jeweiligen Polpaar (16) entsprechenden Drehposition (<pr) wenigstens ein Referenzwert (R) zugeordnet wird.
9. Verfahren zur Ermittlung einer elektrischen Winkelposition (<pe) eines einem Elektromotor (10) zugeordneten Rotors (12), dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Winkelposition (<pe) ermittelt wird, indem ein Verlauf einer Winkelabweichung (A<p) der elektrischen Winkelposition (<pe) abhängig von der mit dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche ermittelten Drehposition (<pr) berechnet und die elektrische Winkelposition (<pe) abhängig von der Winkelabweichung (A<p) berichtigt wird.
10. Verfahren zur elektrischen Ansteuerung eines Elektromotors (10) durch eine Kommutierung abhängig von einer elektrischen Winkelposition (<pe) des Rotors (12), dadurch gekennzeichnet, dass die Kommutierung abhängig von der nach Anspruch 9 ermittelten elektrischen Winkelposition (<pe) erfolgt.
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