专利名称：电动机、转向装置及方法
电动机、转向装置及方法
背景技术：
本发明涉及电子转向电动机。电子转向电动机包括定子和尤其是永磁体地构造的转子。该电动机还包括转子位置传感器，其中该转子位置传感器被构造为获取沿转子的转子转动方向的预定数量的尤其是离散的的转子位置。该转子位置传感器还被构造为生成表示该转子位置的传感器信号。该电动机还包括与转子位置传感器相连接的控制单元，其中该控制单元被构造为根据传感器信号操控用于生成磁性的旋转磁场的定子。在由现有技术已知的电子转向电动机中，例如在在助力转向(Servolenkung)中用于生成支持的转向力矩的电动机中，为了控制旋转力矩并生成转子的旋转运动，将借助于至少一个转子位置传感器，例如借助于霍尔传感器、
AMR 传感器(Anisotrope-Magneto-Resistive :各向异性磁阻)或者GMR传感器(Giant-Magneto-Resistive :巨磁阻)获取转子位置。借助于该类的转子位置传感器可获取的转子位置的数量例如在使用霍尔传感器时取决于转子位置传感器的数量和/或感应磁铁(Gebermagnet)的极数，这些转子位置传感器作为该电动机的组成部分与该电动机相连接。
发明内容
依据本发明，所述控制单元包括用于表示车辆的转向角的、尤其是模拟的或数字的转向角信号的输入端。所述控制单元被构造为附加地根据所述转向角信号操控所述定子。通过根据所述转向角信号的所述附加的转子的操控，所述控制单元能够有利地得出至少一个其他的参数，即用于生成所述磁性的旋转磁场的所述转向角信号。所述电动机例如是同步电动机或异步电动机。所述控制单元例如是由微处理器、微控制器或者FPGA (Field-Programmable-Gate-Array :现场可编程门阵列)构成的。在一个优选的实施例中，所述控制单元被构造为根据所述转向角信号确定所述转子的至少一个转子位置。为此，所述控制单元能够包括至少一个计算单元和与所述计算单元相连接的计时器。特别优选地，所述控制单元被构造为根据预定的传动系数(Untersetzungsverhaltnis )确定至少一个转子位置。例如，所述电动机的转子旋转十转对应于车辆的方向盘旋转五度。有利地，转向角传感器在车辆中用于提供ESP系统的输入参数。相较于仅用转子位置传感器，由此能够有利地提高了转子位置获取的分辨率。更为有利地，与仅根据所述转子位置传感器的所述传感器信号的操控相比，沿转子转动地获取转子位置的获取角度范围提高了。为此，能够在装备有转向角传感器的车辆中附加于由所述转子位置传感器获取的所述转子位置由所述控制单元有根据地确定其他的转子位置。因为不必使用其他的转子位置传感器来提高所述转子位置信号的角度分辨率，所以为了操控所述电动机高性价比地提供有具有高分辨率的转子位置信号。
所述转子位置传感器例如被构造为获取沿所述转子的转子转动的两个、三个或多达四个转子位置。借助于如此地构造的所述控制单元能够有利地根据所述转向角信号确定附加于所述沿所述转子圆周的两个、三个或多达四个转子位置的其他的转子位置。所述转子位置传感器包括例如至少一个霍尔传感器。在另一个实施例中，所述转子位置传感器能够包括至少一个AMR传感器或至少一个GMR传感器。在一个优选的实施例中，所述转向角信号为时间上连续的、尤其是模拟的信号。优选地，在该实施例中，所述控制单元包括模数转换器，所述模数转换器与用于所述转向角信号的所述输入端相连接。所述控制单元被构造为从所述传感器信号和所述转向角信号生成转子位置信号且根据所生成的转子位置信号操控所述定子。所述模数转换器优选地被构造为采样所述模拟的转向角信号、量化并生成数字的 输出信号。本发明还涉及一种具有前述类型的电动机的转向装置。所述转向装置(接下来也称为转向装置)包括所述转向角传感器，所述转向角传感器被构造为获取车辆转向的转向角且生成所述转向角信号。所述转向角信号表示车辆转向(尤其是车辆的方向盘)的转向角。特别优选地，所述转向装置还被构造为用于生成支持车辆转向的转向力矩。本发明还涉及一种驱动机动车的转向装置的方法。在所述方法中将借助于电子转向电动机生成支持所述转向的转向力矩。在所述方法中还获取沿所述电动机的转子的转子转动方向的预定数量的、尤其是离散的的转子位置。在所述方法中还生成表示所述转子位置的传感器信号，且生成用于根据所述传感器信号生成支持的转向力矩的磁性的旋转磁场。依据本发明，在所述方法中将生成表示所述转向装置的转向角的、尤其是模拟的或数字的转向角信号，且附加地根据所述转向角信号生成用于生成所述支持的转向力矩的所述磁性的旋转磁场。独立或附加于本发明构思，在分辨率和/或获取角度范围方面改善与转向角信号有关的转子位置获取能够在分辨率和/或获取角度范围方面改善与转子位置信号有关的转向角信号。
接下来将依据附图及其他的实施例描述本发明。本发明的其他的有利的实施变形将由从属权利要求的特征以及
的特征得出。图I示出了机动车的转向装置的一个实施例；图2示出了用于驱动机动车的转向装置的方法的一个实施例；图3示出了转子位置信号的一个实施例，该转子位置信号既包括由转子位置传感器所生成的传感器信号，也包括根据由转向角传感器所生成的转向角信号计算出的转子位置信号。
具体实施方式
图I示出了机动车的转向装置I的一个实施例。该转向装置I包括具有定子3和转子5的电子转向电动机。在该实施例中该转子被永磁体地构造。该电动机还包括转子位置传感器7。该转子位置传感器被构造为AMR传感器。附加于或替代该转子位置传感器7该电动机能够包括转子位置传感器9，其在该实施例中被构造为霍尔传感器。该电动机的定子3包括定子线圈，在该实施例3中为定子线圈10、12和14。该转向装置I还包括控制单元16，其通过连线32与功率终放级22相连接。该功率终放级22包括例如用于每个定子线圈10、12和14的H桥。在H桥的情况下，定子线圈的一个端子与晶体管半桥的输出端相连接，另一个端子与第二晶体管半桥的输出端相连接。在另一个实施例中，该功率终放级包括B6桥。在B6桥的情况下，晶体管半桥的输出端与励磁线圈的一个端子相连接，该励磁线圈的第二个端子则视励磁线圈的电路而定，如果是星形连接，那么与其他的励磁线圈的第二端子相连接，如果是三角形连接，那么与其他的励磁线圈的第一端子相连接。
晶体管能够分别构造为例如MOS-FET (Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor :金属氧化物半导体场效应晶体管)、MIS_FET (MetalInsulator-Semiconductor :金属绝缘半导体场效应晶体管)、双极型晶体管、JFET (JunctionFET :结型场效应管)、1GBT (Insulated-Gate-Bipolar-Transistor :绝缘栅双极型晶体管)、HEMT (High-Electron-Mobility-Transistor :高电子迁移率晶体管)或 HBT (Heterojunction-BipolarTransistor :异质结双极型晶体管)。该功率终放级22在输出侧通过连线30与定子3相连接，且在那与定子线圈10、12和14相连接。该功率终放级22被构造为根据在输入侧通过连线32所接收的控制信号为定子3的定子线圈10、12和14供电，以生成磁性的旋转磁场。该控制单元16被构造为生成用于生成磁性的旋转磁场的控制信号且通过连线32相应地操控该功率终放级22。该控制单元还包括模数转换器17。该模数转换器17在输出侧与该控制单元16的计算单元19相连接。该控制单元16还包括用于转向角信号的输入端15，该输入端与模数转换器17相连接。转向装置I还包括转向角传感器40，该转向角传感器与转向轴有效地连接。转向角传感器40被构造为获取旋转，尤其是方向盘或转向轴(尤其是转向柱)的旋转的角度，且生成表示该转向角的转向角信号并将其在输出侧输出。转向角传感器40被构造为通过连接线路34与控制单元16的输入端15相连接。该控制单元在输入侧也与计时器23相连接。计时器23被构造为生成作为根据转向角信号算出转子位置的时间基准的时间信号并将其在输出侧输出至控制单元16。计时器23包括例如石英振荡器。该转向装置I还包括方向盘55，该方向盘通过转向轴26与转向器(Lenkgetriebe) 18 旋转连接。该转向器18通过轴24与车辆转向20相连接。车辆转向20也通过轴28与电动机的转子5旋转连接。电动机的转子5被构造为根据磁性的旋转磁场生成用于车辆的转向的转向力矩，该转向力矩能够有效地支持由方向盘55所生成的转向力矩。还示出了能够由转向角传感器40来获取的转向角50。接下来将阐述转向装置I的作用方式。当车辆的用户借助于方向盘55生成转向力矩时，且此时该方向盘55旋转了转向角50，那么转向角传感器40能够获取该转向角50且生成尤其是模拟的、表示该转向角的转向角信号。控制单元16能够借助于模数转换器17采样并量化在输入端15处接收到的转向角信号，且将已采样并量化过的转向角信号在输出侧输出至计算单元19。计算单元19被构造为根据从计时器所接收的时间信号将由模数转换器17所接收的转向角信号相应于预定的传动系数换算为转子位置，尤其是转子5旋转的转子角。控制单元16还通过连接线路36在输入侧与转子位置传感器7相连接。转子位置传感器7被构造为获取至少一个转子位置，在该实施例中获取转子5的2个转子位置，且在输出侧输出表示转子5的转子位置的传感器信号。转子位置传感器7例如是AMR传感器或GMR传感器。例如，GMR传感器或AMR传感器被构造为生成时间上连续的模拟的转子位置信号且与模数转换器相连接。然后，转子位置传感器的角度分辨率由将模拟的转子位置信号模拟至数字地转换的模数转换器的采样率来确定。在转子位置传感器的形式为至少一个霍尔传感器的情况下，该角度分辨率由 霍尔传感器的数量确定。控制单元16被构造为生成用于生成与由转子位置传感器7和/或由转子位置传感器9所生成的传感器信号相关的磁性的旋转磁场的控制信号。控制单元16被构造为生成用于生成磁性的旋转磁场的转子位置信号，该转子位置信号既包括由转子位置传感器7和/或由转子位置传感器9所获取的转子位置，也包括由计算单元19根据转向角信号依据传动系数算出的转子位置。图2示出了用于驱动机动车的转向装置，尤其是在图I中示出的转向装置I的方法的一个实施例。在该方法中，在步骤60中启动了计时器，例如在图I中所示出的计时器23。在步骤62中，根据将步骤60作为时间基准获取沿电动机的转子的转子转动方向的预定数量的尤其是离散的的转子位置且在步骤64中生成表示转子位置的传感器信号。在步骤68中，根据将步骤60作为时间基准获取机动车的车辆转向的转向角并生成表示转向角的转向角信号。在步骤70中，由转向角信号依据预定的相联规范(Zuordnungsvorschrift),尤其是依据传动系数获得转子的转子位置的转子位置变化且生成表示转子位置变化的信号。在步骤66中，由在步骤64中所生成的转子位置信号和在步骤70中所生成的表示转子位置变化的信号生成转子位置信号，该转子位置信号既包括由转子位置传感器获取的转子位置，也包括根据转向角信号算出的转子位置。在步骤72中，将根据在步骤66中所生成的转子位置信号生成用于生成支持的转向力矩的磁性的旋转磁场。在步骤66中能够例如根据转子转动或预定数量的转子转动重新启动步骤60中的计时器。图3示出了转子位置信号的一个实施例，在图I中示出的控制单元生成了该转子位置信号，以生成支持车辆转向的磁性的旋转磁场。示出了时间轴80，其上画有转子位置82。转子位置82由在图I中所示出的转子位置传感器7和/或转子位置传感器9所获取。附加于转子位置82，转子位置信号包括转子位置84，其由在图I中所示出的计算单元根据转向角信号所生成。显然，借助于转向角信号，在图I中示出的转子5的转子位置的采样率高于仅由转子位置82所表示的采样率，该转向角信号由控制单元16在输入端15处接收且由计算单元19根据传动系数换算为其他的转子位置。
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权利要求
1.一种具有定子(3)和尤其是永磁体地构造的转子(5)的电子换向电动机(3、5、7、9)，其中，所述电动机(3、5、7、9)包括转子位置传感器(7、9)和与所述转子位置传感器(7、9)连接的控制单元(16)，所述转子位置传感器被构造为获取沿所述转子(5)的转子转动方向(80)的预定数量的尤其是离散的转子位置(82)，且生成表示所述转子位置(82)的传感器信号，所述控制单元被构造为根据所述传感器信号(82)操控用于生成磁性的旋转磁场的所述定子，其特征在于，所述控制单元(16)包括用于表示车辆转向的转向角的、尤其是模拟的或数字的转向角信号的输入端(15)且被构造为附加地根据所述转向角信号(84)操控所述定子(3)。
2.根据权利要求I所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述控制单元(16)被构造为根据所述转向角信号确定所述转子(5)的至少一个转子位置(84)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述控制单元(16、19)被构造为根据预定的传动系数确定所述至少一个转子位置(84)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，与仅根据所述转子位置传感器的所述传感器信号的操控相比，沿转子转动地获取转子位置的获取角度范围提高了。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述转子位置传感器(7、9)被构造为获取沿所述转子(5)的转子转动(80)的多达四个转子位置。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述转子位置传感器(9)包括至少一个霍尔传感器。
7.根据前述权利要求I至4中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述转子位置传感器(7)为AMR传感器或GMR传感器。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述转向角信号为时间上连续的模拟信号。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电子换向电动机(3、5、7、9)，其特征在于，所述控制单元(16)包括模数转换器(17)，所述模数转换器与用于所述转向角信号的所述输入端(15)相连接，其中所述控制单元(16)被构造为根据所述传感器信号(82)和所述转向角信号(84)生成转子位置信号，且根据所生成的转子位置信号操控所述定子。
10.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的电动机(3、5、7、9)的转向装置⑴，其特征在于，所述转向装置(I)包括转向角传感器(40)，所述转向角传感器被构造为获取车辆转向(55)的转向角(50)并生成所述转向角信号。
11.一种用于驱动机动车的转向装置的方法，其中借助于电子转向电动机生成支持所述机动车的转向的转向力矩，且其中获取沿所述电动机(3、5、7、9)的转子(5)的转子转动方向(82)的预定数量的尤其是离散的转子位置(82)，并且生成表示所述转子位置(82)的传感器信号，且根据所述传感器信号生成用于生成所述支持的转向力矩的磁性的旋转磁场，其特征在于，生成表示车辆转向的转向角的、尤其是模拟的或数字的转向角信号并附加地根据所述转向角信号(84)生成用于生成所述支持的转向力矩的所述磁性的旋转磁场。
全文摘要
本发明涉及一种电子转向电动机。所述电子换向电动机具有定子和尤其是永磁体地构造的转子。所述电动机包括转子位置传感器和与所述转子位置传感器连接的控制单元，所述转子位置传感器被构造为获取沿所述转子的转子转动方向的预定数量的、尤其是离散的转子位置，且生成表示所述转子位置的传感器信号，所述控制单元被构造为根据所述传感器信号操控用于生成磁性的旋转磁场的所述定子，其特征在于，所述控制单元包括用于表示车辆转向的转向角的、尤其是模拟的或数字的转向角信号的输入端且被构造为附加地根据所述转向角信号操控所述定子。
文档编号H02K29/08GK102918755SQ201180025805
公开日2013年2月6日 申请日期2011年5月4日 优先权日2010年5月27日
发明者A·沙博, P·希里 申请人:罗伯特·博世有限公司