专利名称：换向式电驱动装置和用于控制换向式电动机的方法
换向式电驱动装置和用于控制换向式电动机的方法技术领域
本发明从根据独立权利要求分类的换向式电驱动装置和用于控制换向式电动机的方法出发。
背景技术：
大电流换向式电驱动装置在当今的机动车中用于很多应用，例如用在电伺服转向装置中或者用在皮带传动的起动器中。为了控制换向，需要知道定子场和转子场之间的相对位置。当今的系统为了求得角位置而使用AMR和数字霍尔传感器的组合。DE 102006060808 Al描述了一种用于检测一可围绕转动轴线转动的部件的转动角的角度传感器，其具有可与可转动的部件同轴连接的发送器磁体(Gebermagnet)以及具有固定地设置在磁体的磁场的区域中的磁阻传感器元件和数字霍尔元件。由磁阻传感器元件的模拟信号与数字信号的组合可产生360度角度范围的角度信号。这样的系统能够检测发送器磁体的磁场的方向，但不能检测发送器磁体的磁场的振幅。发送器场(Geberfeld)的温度相关性和老化由于数字霍尔元件的较大迟滞而损害角度传感器的360度测量唯一确定性。发明内容
与此相比，根据本发明的换向式电驱动装置具有许多优点。根据本发明，驱动装置具有处于电动机轴上的磁场发生器、特别是永磁体以及位置固定地位于磁场发生器对面的模拟霍尔传感器。控制装置具有存储器，在所述存储器中存储霍尔传感器经过轴转动一整周的校准数据。在驱动装置运行时，比较霍尔传感器的当前测量信号与校准数据。由此可以识别并且考虑与校准条件偏差的当前环境影响以及磁场发生器的磁场的老化。作为相对于数字霍尔传感器的另一优点，模拟霍尔传感器具有小得多的迟滞并且(因此)能够实现更好的角度分辨率。
磁场发生器优选是永磁体。然而以下实施方式同样是可能的磁场发生器是软磁板，即由软磁材料制成的板，并且永磁体相对于电动机的定子如此位置固定地设置，使得作为磁场发生器的旋转的板产生对位置固定的永磁体的磁场的干扰，即产生干扰磁场。
根据本发明的装置的现在一般性描述的优选构型从作为磁场发生器的永磁体出发。一种优选的布置具有在其端侧上相对于轴中心对称的多极永磁体和处于轴中心旁的线性霍尔传感器。另一有利的布置具有相对于轴中心对称的多极永磁体和处于轴中心上的平面霍尔传感器。平面霍尔传感器同样提供与磁场的场强成比例的模拟信号并且能够实现附加的设计选择。
本发明的另一有利的构型具有相对于轴中心对称的多极永磁体、处于轴中心上的 AMR传感器和处于轴中心旁的线性霍尔传感器。借助于AMR传感器可实现电动机的转子位置的360度唯一确定性。具有平面霍尔传感器的相应设计选择具有相对于轴中心对称的多极永磁体、处于轴中心上的AMR传感器和在轴向上或在侧向上位于AMR传感器旁的平面霍尔传感器。
基于所求得的转子位置来控制电动机的各绕组的电流对于本领域专业人员而言是已知的并且在此不进行讨论。仅仅描述本发明另外实现的可能性。根据本发明的用于控制换向式电动机的方法具有以下步骤
a)借助于在预先确定的环境条件下经过轴转动一周检测以及存储借助霍尔传感器测量到的磁场发生器的磁场的校准霍尔信号来校准传感器装置。
这优选在制造驱动装置期间进行。校准霍尔信号用作在随后运行中重复测量的信号的参考。在运行时重复以下方法步骤。
b)通过霍尔传感器产生磁场发生器的当前磁场的当前霍尔信号。
所述测量在运行时并且(因此)在当前环境条件下进行。
c)比较所述霍尔信号与校准霍尔信号。
d)求得磁场发生器的当前磁场与在预先确定的环境条件下的磁场的偏差。磁场的差别由于校准时和运行时的不同环境条件以及通过永磁体的磁场的老化产生，其适于无论是轴上的还是相对于定子位置固地的永磁体的所有布置。
e)由霍尔信号和所求得的当前磁场的偏差来求得电动机的角位置。所求得的偏差可以实现来自霍尔信号的角位置的修正。
f)基于所求得的角位置的数据控制换向式电动机。
本发明的一种有利的构型提供由所求得的偏差来求得永磁体的去磁化。优选在测量到的永磁体的磁场强度过小时产生指示信号。有利地，电动机具有AMR传感器并且所述AMR传感器的信号用于实现360度唯一确定性。通过考虑流过电动机的绕组的已知电流和永磁体磁场的已知场强，能够在校准时和/或在产生当前霍尔信号时补偿霍尔传感器的位置处的干扰磁场。
根据
本发明的实施例，附图中
图1示出根据本发明的传感器装置的示意图2以第二实施方式示出根据本发明的传感器装置的示意图3以第三实施方式示出根据本发明的传感器装置的示意图4以第四实施方式示出根据本发明的传感器装置的示意图5表示根据本发明的方法的流程图。
具体实施方式
根据本发明的具有电动机的换向式电驱动装置具有处于电动机的轴上的磁场发生器、特别是永磁体，所述电动机具有传感器装置。磁传感器相对于电动机的定子位置固定地设置在随轴转动的磁场发生器的对面。图1至4分别以电动机轴的一个端侧的侧视图示意地示出根据本发明的传感器装置1、2、3、4的不同实施方式，其中，这里磁场发生器是永磁体，其中，首先列举这些实施方式的共同元件。具有可通过极分割线8识别的极6和7的永磁体5相对于轴中心9对称地设置在电动机轴10上。对此示出磁传感器的种类和位置。
图1以第一实施方式示出根据本发明的传感器装置1。两极永磁体5相对于轴中心9对称。传感器装置1具有处于轴中心9旁的线性霍尔传感器11，其从轴中心9在永磁体5的磁场中心的方向上与极分割线8垂直地偏移。
图2以第二实施方式示出根据本发明的传感器装置2，在同样相对于轴中心9对称的两极永磁体5旁，在轴中心9上设置平面霍尔传感器12。
图3以第三实施方式示出根据本发明的传感器装置3。两极永磁体5同样相对于轴中心9对称。AMR传感器13设置在轴中心9上。线性霍尔传感器14设置在轴中心9旁， 从轴中心9以相对于极分割线8的45度的角度偏移。
在图4中以第四实施方式示出了根据本发明的传感器装置4。两极永磁体5同样相对于轴中心9对称。AMR传感器15设置在轴中心上，并且平面霍尔传感器16设置在AMR 传感器15旁，从轴中心9在与极分割线8垂直的方向上。
此外，驱动装置具有用于控制电动机的绕组的控制装置，其中，所述控制装置具有存储器，所述存储器用于存储在预先确定的环境条件下经过轴转动一周借助霍尔传感器 11、12、14、16测量到的永磁体5的磁场的校准霍尔信号，其中，所述控制装置具有用于比较借助霍尔传感器测量到的永磁体的当前磁场的当前霍尔信号与校准霍尔信号的装置。
图5示出根据本发明的用于控制以上所述的换向式电动机的方法的流程图。所述方法从以下步骤开始
a)借助于在预先确定的环境条件下经过轴转动一周检测以及存储借助霍尔传感器测量到的磁场发生器的磁场的校准霍尔信号来校准传感器装置。
在制造驱动装置期间进行所述方法步骤。在运行时重复以下的方法步骤。随后的步骤
b)通过霍尔传感器产生磁场发生器的当前磁场的当前霍尔信号。
所述测量在运行时并且(因此)在当前环境条件下进行。
现在随后的步骤是
C)比较所述霍尔信号与校准霍尔信号。
在步骤d)中求得磁场发生器的当前磁场与在预先确定的环境条件下的磁场的偏差。磁场的差别由于校准时和运行时的不同环境条件以及通过永磁体的磁场的老化产生。
在步骤e)中由霍尔信号和所求得的当前磁场的偏差来求得电动机的角位置。所求得的偏差可以实现源自霍尔信号的角位置的修正，特别是在极端温度下以及在由去磁化引起的传感器严重老化的情况下。
在步骤f)中基于所求得的角位置的数据进行换向式电动机的控制。
控制装置由所求得的偏差求得永磁体的去磁化。再次指出，永磁体的老化或去磁化的根据本发明的考虑对于永磁体不论在轴上还是在转动的软磁板的情况下相对于定子位置固定的所有布置均适用。在测量到的永磁体的磁场强度过小时控制装置产生指示信号。在校准时以及在产生当前霍尔信号时，控制装置通过考虑流过电动机的绕组的已知电流和永磁体磁场的已知场强补偿霍尔传感器的位置处的干扰磁场。
在此外具有AMR传感器13、15的电动机中，控制装置使用AMR传感器的信号来实现360度唯一确定性。
权利要求
1.换向式电驱动装置，其具有电动机和用于控制所述电动机的绕组的控制装置，所述电动机具有传感器装置(1，2，3，4)，所述传感器装置具有一处于所述电动机的轴(10)上的磁场发生器( 和一相对于所述电动机的定子位置固定地处于所述磁场发生器( 对面的模拟霍尔传感器(11，12，14，16)，其中，所述控制装置具有存储器，所述存储器用于存储在预先确定的环境条件下经过轴转动一周借助所述霍尔传感器测量到的所述磁场发生器(5) 的磁场的校准霍尔信号，其中，所述控制装置具有用于比较借助所述霍尔传感器(11，12， 14，16)测量到的所述磁场发生器(5)的当前磁场的当前霍尔信号与所述校准霍尔信号的直ο
2.根据权利要求1所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述磁场发生器( 是永磁体。
3.根据权利要求2所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述换向式电驱动装置具有一相对于轴中心(9)对称的多极永磁体( 和一处于所述轴中心(9)旁的线性霍尔传感器(11)。
4.根据权利要求2所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述换向式电驱动装置具有一相对于轴中心(9)对称的多极永磁体( 和一处于所述轴中心(9)上的平面霍尔传感器(12)。
5.根据权利要求2所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述换向式电驱动装置具有一相对于轴中心(9)对称的多极永磁体(5)、一处于所述轴中心(9)上的AMR传感器和一处于所述轴中心(9)旁的线性霍尔传感器。
6.根据权利要求2所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述换向式电驱动装置具有一相对于轴中心(9)对称的多极永磁体(5)、一处于所述轴中心(9)上的AMR传感器和一处于所述AMR传感器旁的平面霍尔传感器。
7.根据权利要求1所述的换向式电驱动装置，其特征在于，所述磁场发生器( 是软磁板，并且一永磁体相对于所述电动机的定子位置固定地如此设置，使得所述磁场发生器产生对所述位置固定的永磁体的磁场的干扰。
8.用于控制换向式电动机的方法，所述换向式电动机具有传感器装置，所述传感器装置具有一处于所述电动机的轴上的磁场发生器和一相对于所述电动机的定子位置固定地处于所述磁场发生器对面的模拟霍尔传感器，所述方法具有以下步骤a)借助于在预先确定的环境条件下经过轴转动一周检测以及存储借助所述霍尔传感器测量到的所述磁场发生器的磁场的校准霍尔信号来校准所述传感器装置；b)通过所述霍尔传感器产生所述磁场发生器的当前磁场的当前霍尔信号；c)比较所述霍尔信号与所述校准霍尔信号；d)求得所述磁场发生器的所述当前磁场与在预先确定的环境条件下的磁场的偏差；e)由所述霍尔信号和所求得的所述当前磁场的偏差来求得所述电动机的角位置；f)基于所求得的角位置的数据控制所述换向式电动机。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述磁场发生器( 是永磁体。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述磁场发生器( 是软磁板，并且一永磁体相对于所述电动机的定子位置固定地如此设置，使得所述磁场发生器产生对所述位置固定的永磁体的磁场的干扰。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，由所求得的偏差求得所述永磁体的去磁化。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，在测量到的所述永磁体的磁场强度过小时产生一指示信号。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，电动机还具有AMR传感器，其中，所述AMR传感器的信号用于实现360度唯一确定性。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，通过考虑流过所述电动机的绕组的已知电流和所述永磁体磁场的已知场强，在所述校准和/或在产生当前霍尔信号时补偿所述霍尔传感器的位置处的干扰磁场。
全文摘要
本发明涉及一种换向式电驱动装置，其具有电动机，所述电动机具有传感器装置(1)，所述传感器装置具有处于所述电动机的轴(10)上的磁场发生器(5)和相对于所述电动机的定子位置固定地处于所述磁场发生器对面的模拟霍尔传感器(11，12，14，16)。用于控制所述电动机的绕组的控制装置具有存储器，所述存储器用于存储经过轴转动一周借助所述霍尔传感器测量到的所述磁场发生器(5)的磁场的校准霍尔信号。所述控制装置具有用于比较借助所述霍尔传感器(11，12，14，16)测量到的所述磁场发生器(5)的当前磁场的当前霍尔信号与所述校准霍尔信号。可以识别并且在确定转子位置时考虑温度效应和老化效应。
文档编号G01D5/244GK102498367SQ201080034194
公开日2012年6月13日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月31日
发明者A·沙博 申请人:罗伯特·博世有限公司