用于电子换相电机的带参比探测器的转子位置探测器

摘要

本发明涉及一种用于具有定子和转子(03)的电子换相电机(02)的转子位置探测器(01)，转子位置探测器包括抗相对转动地支承在定子上的用于检测转子(03)相对定子磁场的转动位置的转子位置传感器(05)，以及抗相对转动地支承在转子(03)上的信号探测器(07)。根据本发明的转子位置探测器的特征在于，该转子位置探测器还具有用于检测转子场磁通密度的参比值的参比探测器(08)，其中，参比值(09)用于获知信号探测器(07)与转子(03)的位置之间的角偏移(11)。此外，本发明还涉及一种用于获知电子换相电机(02)的转子位置探测器(01)的信号探测器(07)与转子位置之间的角偏移(11)的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于具有定子和转子的电子换相电机的转子位置 探测器。首先，该转子位置探测器以传统的方式包括：抗相对转动地 (drehfest)支承在定子上的用于检测转子相对定子磁场的转动位置的 转子位置传感器，以及抗相对转动地支承在转子上的信号探测器。该 电机优选构造为马达，特别是用于机动车的驱动马达。

此外，本发明还涉及一种用于获知转子位置探测器的信号探测器 与转子相对电子换相电机的定子磁场的位置之间的角偏移的方法。

背景技术

为了调节电子换相电机，依赖于转子的角位置的电驱控参量施加 给电机的定子线圈，以便于驱动该电机。转子位置通常凭借转子位置 探测器来检测并将其输送给控制器，该控制器用于产生对于电机换相 所必需的驱控信号。转子位置探测器要么提供依赖于转子位置的模拟 电参量(例如电压、信号脉冲)，要么提供关于绝对转子位置的数字 化参数。由现有技术公知有如下转子位置探测器，其中，抗相对转动 地支承在转子上的信号探测器(磁靶)借助抗相对转动地支承在定子 上的磁场传感器来读取。

DE 10 2009 001 353 A1示出了一种电动机，其包括带转子轮毂的 转子、布置在定子壳体中的定子以及遮盖件，其接驳在定子壳体上并 且延伸至转子轮毂的内直径，并且转子借助转子支承件通过该遮盖件 来支承。电动机具有用于检测转子相对定子磁场的转动位置的转子位 置传感器。转子位置传感器在遮盖件上布置在转子支承件附近，从而 使得转子轮毂或者与转子轮毂抗相对转动地相连的构件用作转子位置 传感器的探测轨迹。

WO2011/092320 A1涉及一种用于电机的传感器单元，其包括用于 提供转子位置数据的位置传感器；并且包括带马达特性曲线装置的马 达特性曲线单元，以便依赖于运行点地根据预给定的马达特性曲线来 修改关于转子位置的参数；并且包括接口单元，用于向控制器提供经 修改的关于马达位置的参数。

为了使转子位置探测器的信号探测器的零位置与限定的转子零位 置相一致，在控制器中必须存储相应的角偏移。角偏移通常针对具体 的安装情况来获知并储存在控制器中。为了获知角偏移，公知有如下 测量方法，该测量方法必须在控制器的控制软件中执行，并且要求电 机的特定的运行状态，或者说仅可以在维修车间中实施。在上述公知 的方法中，马达以最低速度驱动，这又实现了在足够长的时间段中在 无驱动的状态中将转子位置探测器传感器信号与配合EMK (Gegen-EMK)相比较，并且因此确定传感器信号与实际转子位置之 间的相移。如果转子位置传感器检测到的信号探测器(磁靶)相对转 子的位置发生变化(例如在维修情况下进行更换时)，那么存储的偏 移值不再是正确的，并且需要重新测量。

DE 10 2008 042 829 A1描述了一种用于补偿电机转子位置探测器 的偏移的方法以及设备，其中，在使用比较器的情况下获知电机的相 位电压信号的交点。由比较器所提供的信号通过逻辑单元转化为单路 信号，其被输送到微机中。对于该方法，电机的转子通过施加的转动 场加速至预给定的转速。一旦转子达到预给定的转速，那么就将电机 切换至空转，其中，出现能在机器联接端子上测量的相位电压的正弦 变化曲线。通过比较相位电压和通过转子位置探测器提供的脉冲序列， 可以获知转子位置探测器的偏移。

DE 102 53 388 B4示出了一种用于校准传感器设备的方法，该设 备用于确定电子换相马达的转动位置，其中，传感器设备装配在相对 转子的特定位置中。检测在转子转动期间由传感器设备所产生的增量。 对马达进行驱动并检测由马达所生成的电压，其中，由生成的电压推 导出转子的角位置以及寻求的换相角。将检测到的角位置与传感器设 备的增量相关联。存储传感器设备的增量和角位置的相关性。所描述 的方法的缺陷在于，它同样不能在运行期间执行，而是需要特殊的校 准设备，并且因而需寻找维修车间。

DE 10 2012 204 147 A1示出了一种用于控制在机动车驱动系统中 的具有多个相位的电子换相电动马达的方法，该电子换相电动马达具 有转子、和监控其转动角的绝对测量的转子位置传感器以及用于结合 所检测的转子位置传感器的转子角数据对电动马达进行换相的电子设 备。在电动马达的使用寿命期间有规律地进行可信度测试，其方式为， 在电动马达静止时调整出转子位置的预给定的实际位置。为此，同时 给位置固定地布置在定子中的电流线圈施加相位u、v、w，从而产生 静态磁场，磁极对在静态磁场上对齐，并且由此使转子精确地定位在 预给定的实际位置上。将该实际位置与通过转子位置传感器检测到的 测试位置相比较。在考虑到必要时已经在工厂方面获知的角偏移，将 实际位置与测试位置相互比较，并对超过边界值进行检验。可信度测 试例如在启动机动车时执行。

由DE 10 2011 105 502A1公知了一种用于补偿电子换相马达的转 子位置与转子位置传感器之间的相移的方法，该方法不仅可以在马达 开始运行期间而且也可以在马达运行期间施行。转子的位置由绝对值 转子位置传感器来测量，其被设置为与马达参数成比例，该马达参数 表征期望的转子位置。由此，例如在将马达与转子位置传感器装配在 一起时出现的偏移可以自动地也在运行期间进行校正。在马达运行期 间，马达利用阻塞换相来驱控，其中，总有一个相位是无电流的。测 量该无电流相位上的相位电压。在相位电压过零的位置处，这利用绝 对值转子位置传感器测量到的位置来补偿。通过相位电压生成关于转 子位置的信息。为了确定是否存在相移，把实际确定的位置与转子位 置的期望值相比较。所描述的方法要求将相应的软件功能存储在控制 器中，用于获知角偏移。

发明内容

本发明的任务在于，提供一种用于电子换相电机的转子位置探测 器，在电机持续运行期间始终以更新的方式提供电子换相电机的角偏 移，其中，不需要控制器中用于获知角偏移的附加的软件耗费。此外， 也应该提供一种用于获知转子位置探测器的信号探测器与转子相对电 子换相电机的定子磁场的位置之间的角偏移的方法。

根据附加的权利要求1的转子位置探测器用于解决根据本发明的 任务。除了公知的转子位置传感器具有配属的信号探测器之外，根据 本发明的转子位置探测器还包括用于检测转子场磁通密度的参比值的 参比探测器，其中，该参比值用于获知转子位置探测器的信号探测器 与转子位置之间的角偏移。

根据本发明的解决方案的很大的优点在于，在电机运行期间，连 续提供参比值，可以将该值与由转子位置探测器检测到的信号值相比 较，以便能够确定当前的角偏移。以该方式，始终提供在换相时可以 被参考的当前的角偏移。因此，相比于已经公知的解决方案不再需要 通过在控制软件中附加执行的方法来耗费地确定角偏移。就此至今为 止经常需要的维修车间工作被取消，这特别是导致时间和成本的节省。

根据优选的实施方式，参比探测器用于检测通量密度的过零，其 中，转子场的绝对值为零。在替选的实施方式中，通过参比探测器也 可以确定通量密度的最大值和最小值。为此，由参比探测器提供的传 感器信号触发在时间范围内的表征的通量密度变化。

在有利的实施方式中，参比探测器是霍尔传感器。转子位置传感 器同样可以实施为霍尔传感器。对于磁场测量，霍尔传感器已经使用 已久，并且在此在其使用方面不需要进一步阐释。

为了解决根据本发明的任务，也使用根据权利要求6的用于获知 位置探测器的信号探测器与转子相对电子换相电机的定子磁场的实际 位置之间的角偏移的方法。

对于根据本发明的方法，检测转子场的磁通密度的参比值，并且 将其与由转子位置探测器同时检测到的信号值相比较。由比较的结果 可以获知转子位置探测器的信号探测器与转子之间的角偏移，于是在 换相时可以参考该角偏移。

角偏移的获知优选在电机正常运行期间进行。相对于今天常见的 方法，不必建立用于获知角偏移的马达的特殊运行状态。

获知的角偏移被传送到控制器上，该控制器然后相应地对其进行 进一步处理，以便可以在产生用于电机换相所必需的驱控信号时引入 当前的角偏移。

附图说明

下面借助唯一的图详细阐述本发明的优选实施方式。

唯一的图示出根据本发明的转子位置探测器的原理性结构。

具体实施方式

唯一的图示出根据本发明的转子位置探测器的原理性结构，该转 子位置探测器安装在电子换相电机02中。电机02优选实施为永磁激 励电动马达，并且包括转子03和定子，其中，在图中仅示出转子03。 转子03具有多个永磁体04。

根据本发明的转子位置探测器包括转子位置传感器05，其抗相对 转动地支承在定子壳体(未示出)上。在电动马达中，转子的支承通 过接驳在定子壳体上的遮盖件来实现，该遮盖件沿径向延伸经过转子 03的永磁体04直到转子轮毂的内直径。转子位置传感器05可以例如 抗相对转动地支承在该接驳在定子壳体上的遮盖件上。借助转子位置 传感器05可以检测转子03相对定子磁场的旋转位置。所使用的转子 位置传感器05是磁场传感器，其中，优选使用霍尔传感器。

此外，根据本发明的转子位置探测器具有信号探测器07，该信号 探测器支承在转子03上并且与该转子一起旋转。信号探测器07优选 实施为磁靶。为了产生换相信号，通过转子位置传感器05读取磁靶07。

根据本发明，为了补偿转子位置探测器的信号探测器07与转子 03的实际位置之间的角偏移在电动马达02运行期间进行连续地或者重 复地角偏移确定。为此，根据本发明的转子位置探测器装配有参比探 测器08。每一种磁敏感的传感器(像例如霍尔传感器)都可以用作参 比探测器08。参比探测器08布置在转子03的永磁体04附近。在转子 每转一圈时，由参比探测器08产生参比信号，该参比信号表示转子03 的参比位置。根据优选的实施方式，该参比位置09是转子场的绝对值 正好为零(通量密度的过零)时的位置。通过将参比信号与由转子位 置探测器01产生的信号变化曲线(信号探测器07的零位置10)相比 较，可以获知转子位置探测器01的信号探测器07与转子03之间可能 存在的角偏移，该角偏移可以被传送至控制器，以便可以在换相时参 考该角偏移。

在马达运行时，不必持续地确定角偏移，这是因为角偏移在正常 运行条件下不会强烈变化。例如在重新启动马达时，由于提高的负载 峰值，在维修或类似情况之后，可能随时要重新确定偏移。

在替选的实施方式中，代替通量密度的过零，可以检测通量密度 的最大值和最小值。

附图标记列表

02        电机

03        转子

04        永磁体

05        转子位置传感器

06        –

07        信号探测器

08        参比探测器

09        参比位置(转子-零)

10        信号探测器的零位置

11        角偏移