专利名称：用于检查同步机器的转子位置的方法和电路装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及根据权利要求1的引言的方法和根据权利要求18的引言的电路装置。
背景技术：
具有永久激励的转子和设置有相绕组的定子的电子换向的同步机器，也称为无刷直流电动机，深受欢迎。它们特征为低磨损、以及它们有限的电磁或者声干扰，并且显示了高程度的效率。电流流入典型地三个定子绕组生成磁场，在该磁场中，布置永久激励的转子。通过合适地切换(换向)在定子绕组中流动的电流(或者所施加的电压)，生成旋转运动。电子换向的电动机也用作机动车辆的机电致动的轮闸的驱动机构，其中，合适的联动机构将电动机的旋转运动转换成闸衬的平移运动。为了该应用，电动机被设计成在静止或者在低速旋转时具有高转矩额定值。为了实现电动机的电子换向，转子的位置必须是已知的；对于静止的电动机，或者以低速旋转的电动机，转子的位置可以借助于传感器来适当地确定。在广泛应用的布置中，固定到定子上的三个霍尔传感器用于扫描与转子相关联的旋转编码器，或者用于直接扫描转子磁体的杂散场。W02005/046041A2描述了一种操作具有永久激励的转子、设置有相绕组的定子和非绝对的传感器的同步机器的方法，由此确定转子的起始位置。在无载(off-load)的同步机器中，为了消除在确定转子起始位置过程中的角度误差，持续特定的时间间隔，在所确定的转子位置的方向上传递一个电流和/或电压矢量的最小值，由此迫使转子布置到所关心的位置。虽然该方法允许消除较小的角度误差，但是它不允许可靠地检测有缺陷的传感器。如果由传感器所检测的转子位置与实际转子位置不一致，可能接着发生各种类型的故障。在许多情况下，这可能导致对电动机、被驱动的装置或者电动机控制系统的损害。
发明内容
因此，本发明的目的是检验转子位置传感器的运行，以及在传感器正确运行的情况下，检测实际转子位置和由传感器所指示的位置之间的任何偏差，以及为电动机的控制产生角度校正。该目的是通过根据权利要求1中所限定的发明的方法来实现的。因此，提供一种方法，其中，确定电子换向的同步机器的转子相对于固定到定子上的一个或者多个，特别是三个转子位置传感器的位置，并且其中，在第一转子位置确定过程之后，通过施加合适的电压矢量，使无载的转子旋转过预定角度，此后，执行另外的转子位置确定过程，并且将第二转子位置确定过程的结果与预期的转子位置进行比较。在第一位置确定过程之后，在旋转通过固定的电角度，例如，60°期间，可以确定预期的转子位置。如果预期的转子位置和所测量的第二转子位置一致，则位置误差位于由转子位置传感器系统中转子位置传感器的数量和位置所限定的角分辨率之下。优选地，规定第一换向方案，由此，建立所施加的电压矢量和预期的转子位置之间的关联。如果规定了换向方案，预期的转子位置可以借助于从换向表的简单读出来确定。有益的是，当前转子位置和将被施加用于获得期望旋转的电压矢量之间的关联借助于规定的第一换向方案来确定。在规定的换向方案中，通过施加与换向表相差角度相关数据量的列的电压矢量，旋转通过特定角度可以达到由传感器的布置和数量确定的精确度。优选地，参考第二转子位置确定过程的结果和预期的转子位置之间的比较，所有随后确定的转子位置和得到的变量(包括，例如，瞬时旋转速度)被校正。如果在电动机的随后换向过程中，转子位置传感器检测到转子位置的任何位移，则最高可能的机械转矩将继续被传递。在确定转子位置的过程中，在相绕组中流动的电流基于温度信息受到适当的限制。特别地，在较高的温度的情况下，选择较高的限制电流，以及，在较低的温度的情况下，选择较低的限制电流。在较高的温度下，永久激励的转子的减小的磁化由定子绕组中相应增加的电流流动来抵消。线圈电流可以被选择到足够高的额定值，以允许执行根据本发明的方法。由于所传递的转矩受限，对电动机或者所驱动的设备的任何损害的风险是最小的。在确定转子位置的过程中，有益地是，在相绕组中流动的电流通过施加到相绕组的电压的交替接通和切断来限制。这允许电流限制，即使在电动机的控制电子装置不提供脉宽调制的情况下也是如此。在本发明的实施例的特别优选形式中，电子换向的同步机器设置有永久激励的转子和具有三个相绕组的定子，以及适当布置用于第一换向方案的三个转子位置传感器，转子位置通过来自位置传感器的数据读出来确定，合适的电压矢量由第二换向方案来限定，以及将由此确定的第二转子位置与第一换向方案进行比较。如果转子位置传感器正确地运行，转子的位置可以被确定到等于换向表的两列之间间隔的精确度。在本发明的实施例的特别优选的形式中，转子位置被表达为角度，其中，360°代表换向方案的一个完整周期，并且在将第二确定的转子位置和第一换向方案进行比较之后，施加在第一换向方案中具有90°的角位移的电压矢量，此后，施加在相同方向上角位移另外的90°的第二换向方案中的电压矢量，并且此后确定第三转子位置，由此，如果第三转子位置的来自位置传感器的数据不相对于第二转子位置的数据被反转，则检测到误差如果这些数据被反转，则所有的转子位置传感器的正确运行被确认。根据本发明的实施例的替代且特别优选的形式，之后，施加第二换向方案的在旋转的相反方向上相邻的至少一个另外的电压矢量，以及此后，确定第三转子位置，由此，如果第三转子位置的来自位置传感器的数据与第二转子位置的数据不同，则检测到误差。在特别优选的布置中，电子换向的同步机器设置有永久激励的转子和具有三相绕组的定子，以及适当布置用于换向方案的三个转子位置传感器，其中，在最初确定转子位置之前，施加该换向方案的基本电压矢量，转子位置通过从位置传感器读出的数据来确定，合适的电压矢量以特定的增量相对于基本电压矢量变化，并且转子位置的第二确定以及对所述合适的电压矢量的调整逐渐地继续，直到相邻的转子位置被指示。该方法允许更准确地确定转子位置或者转子位置传感器的切换点。在特别优选的布置中，转子位置传感器基于霍尔效应运行，并且重复电压矢量的增量式变化和从位置传感器读出数据，由此，通过施加基本电压矢量，在电动机的两个运转方向上获得期望的转子位置，并且将变化到来自传感器的数据时存在的电压矢量与基本电压矢量进行比较，并且所得到的测量结果被计算用于通过霍尔效应运行的位置传感器的滞后现象，对于所述位置传感器数据读出已经改变。特别地，通过霍尔效应运行的所有位置传感器的滞后现象通过如下操作确定施加与相关切换点邻近的基本电压矢量，以及重复电压矢量的增量式变化同时从所关心的位置传感器进行读出。。在特别优选的布置中，通过对所述电子换向的同步机器的随后控制施加合适的调整，考虑与基本电压矢量相关地来调整的所关心的(一个或多个)转子位置传感器的切换位置，由此，特别地，位置差和/或滞后现象被记录并且被考虑用于被讨论的每个转子位置传感器。在特别优选的布置中，合适的电压矢量通过使用已知的矢量调制方法来设定，由此，停滞时间效应特别地通过适当地调整相关脉冲占空因数来补偿。停滞时间效应由与整流器桥的连接相关联的必需时间延迟产生，以便防止任何短路。通过调节脉冲占空因数，即，脉冲宽度与脉冲间隔的比例，可以避免生成具有缺陷角度的电压矢量。根据本发明实施例的备选的、特别优选的形式，合适的电压矢量通过调整借助于脉冲占空因数施加的多个电压中的一个来变化。在本发明实施例的另外的特别优选的形式中，合适的电压矢量借助于在相邻基本电压矢量之间的快速切换来生成。特别有利的是，电流限制通过零矢量的重复和短期输入来实现。在零矢量条件下，所有的绕组具有相同的电势，以便不产生电压差。本发明还涉及一种用于控制电子换向的同步机器的电路装置，其执行一种方法，该方法确定电子换向的同步机器的转子相对于固定到定子上的一个或者多个，特别是三个转子位置传感器的位置，并且特别地，其是用于控制和调节机动车辆的闸的电路装置的构成元件。适当地，电动机的加载运行仅仅在无误差执行一种方法之后进行，在该方法中确定电子换向的同步机器的转子相对于一个或者多个转子位置传感器的位置，由此，特别地，控制系统考虑检测到的转子的实际和理论位置之间的任何差异。本发明还涉及这种类型的电路装置在机动车辆中的使用。在定子绕组中流动的电流优选地是受限的，特别地用于防止对电动机或者所驱动的装置的损害。在特别优选的装置中，限制电流通过限制所施加的电压来获得，特别地借助于控制电路中的脉宽调制。在本发明实施例的另外的和特别优选的形式中，当超过温度阈值时，电流的流动接近完全中断。
在从属权利要求中以及参考附图对实施例的一个示例性形式的以下描述中公开了实施例的另外的优选形式，附图中图1示出了电子换向的同步机器的示意性概况，
图2示出了霍尔传感器和旋转编码器的示例性布置，以及图3不出了对于120° -和180° -阻塞换向(blocking commutation),与基本电压矢量相关联的磁场矢量的位置。
具体实施例方式如在图1中所呈现的，电子换向的同步机器I包括机电能量转换器2、电子控制装置3以及转子位置传感器系统4。除了将其用作驱动机构之外，将其用作发电机也是可能的，由此相应地机械运动被转换成电能。定子通常包括在起始点S相交的三个相绕组,表示为U、V和W。原则上，相绕组的三角形连接也是可能的。永久激励的转子经由轴承安装的转子轴R与磁旋转编码器7连接。该旋转编码器的磁场由数字霍尔传感器6来扫描。例如，当这些传感器位于磁北极的场中时，它们将被启动，并且当磁南极紧邻时将不传导电流。这种类型的霍尔开关具有滞后现象，因为该现象，仅在存在特定最小磁场时切换才将继续进行。来自典型地三个霍尔传感器的信息信号H1、H2、H3由用于确定转子位置的电路(8)来处理。参考表达为转子位置的电角度，控制电路(9)确定将被施加到定子的相绕组U、V、W的电压矢量，并且相应地控制变换器桥(5)的半导体电路。电子控制设施可以整个地或者部分地以由微控制器执行的程序的形式来实现。旋转编码器和霍尔传感器的几何形状在图2中被呈现，其中，旋转轴线从纸平面伸出。固定到定子上的三个传感器被布置成使得，一旦转子旋转过电角度的60°的各个间隔，一个传感器将相应地改变其输出状态。电的和机械的角度之间的关系可以由以下公式定义
权利要求
1.一种用于确定电子换向的同步机器的转子相对于固定到定子上的一个或者多个，特别是三个转子位置传感器的位置的方法，其特征在于，在第一转子位置确定过程之后，通过施加合适的电压矢量，将无载的转子旋转过预定角度，此后，执行另外的转子位置确定过程，并且将第二转子位置确定过程的结果与预期的转子位置进行比较。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，规定了第一换向方案，由此建立所施加的电压矢量和预期的转子位置之间的关联。
3.如权利要求1-2中至少一个所述的方法，其特征在于，当前转子位置和为了获得期望旋转而要施加的电压矢量之间的关联借助于规定的第一换向方案来确定。
4.如权利要求1-3中至少一个所述的方法，其特征在于，参考第二转子位置确定过程的结果和预期的转子位置之间的比较，校正所有随后确定的转子位置和传递的变量。
5.如权利要求1-4中至少一个所述的方法，其特征在于，在确定转子位置的过程中，在相绕组中流动的电流基于温度信息受到限制，由此，特别地，在较高温度的情况下，选择较高的限制电流；以及，在较低温度的情况下，选择较低的限制电流。
6.如权利要求1-5中至少一个所述的方法，其特征在于，在确定转子位置过程中，在相绕组中流动的电流通过交替地接通和切断施加到相绕组的电压来限制。
7.如权利要求2-6中至少一个所述的方法，其特征在于，所述电子换向的同步机器设置有永久激励的转子和具有三个相绕组的定子，以及适当布置用于第一换向方案的三个转子位置传感器，其中，转子位置通过来自所述位置传感器的数据读出来确定，合适的电压矢量由第二换向方案来限定，并且将由此确定的第二转子位置与第一换向方案进行比较。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，转子位置被表示为角度，其中，360°代表换向方案的一个完整周期，并且在将第二确定的转子位置和第一换向方案进行比较之后，施加在第一换向方案中具有90°的角位移的电压矢量，此后，施加在相同方向上角位移另外的90°的第二换向方案中的电压矢量，并且此后确定第三转子位置，由此，如果第三转子位置的来自位置传感器的数据不相对于第二转子位置的数据被反转，则检测到误差。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，之后，施加第二换向方案的与旋转的相反方向相邻的至少一个另外的电压矢量，以及此后，确定第三转子位置，由此，如果第三转子位置的来自位置传感器的数据与第二转子位置的数据不同，则检测到误差。
10.如权利要求2-6中至少一个所述的方法，其特征在于，所述电子换向的同步机器设置有永久激励的转子和具有三个相绕组的定子，以及适当布置用于换向方案的三个转子位置传感器，其中，在最初确定转子位置之前，施加该换向方案的基本电压矢量，转子位置通过从位置传感器读出的数据来确定，合适的电压矢量以特定的增量相对于基本电压矢量变化，并且转子位置的第二确定以及对所述合适的电压矢量的调整逐渐地继续，直到相邻的转子位置被指示。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，转子位置传感器基于霍尔效应运行，并且重复电压矢量的增量式变化和从位置传感器读出数据，由此，通过施加基本电压矢量，在电动机的两个运转方向上获得期望的转子位置，并且将变化到来自传感器的数据时存在的电压矢量与基本电压矢量进行比较，并且所得到的测量结果被计算用于通过霍尔效应运行的位置传感器的滞后现象，对于所述位置传感器数据读出已经改变。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过霍尔效应运行的所有位置传感器的滞后现象通过如下操作确定施加与相关切换点邻近的基本电压矢量，以及重复电压矢量的增量式变化同时从所关心的位置传感器进行读出。
13.如权利要求10-12中至少一个所述的方法，其特征在于，通过对所述电子换向的同步机器的随后控制施加合适的调整，考虑与基本电压矢量相关地来调整的所关心的(一个或多个)转子位置传感器的切换位置，由此，特别地，位置差和/或滞后现象被记录并且被考虑用于被讨论的每个转子位置传感器。
14.如权利要求10-13中至少一个所述的方法，其特征在于，合适的电压矢量通过使用已知的矢量调制方法来设定，由此，停滞时间效应特别地通过适当地调整相关脉冲占空因数来补偿。
15.如权利要求10-13中至少一个所述的方法，其特征在于，合适的电压矢量通过调整借助于脉冲占空因数施加的多个电压中的一个来变化。
16.如权利要求10-13中至少一个所述的方法，其特征在于，合适的电压矢量借助于相邻基本电压矢量之间的快速切换来生成。
17.如权利要求10-16中至少一个所述的方法，其特征在于，电流限制通过零矢量的重复和短期输入来实现。
18.一种用于控制电子换向的同步机器的电路装置，其特征在于，该电路装置执行如权利要求I到17中一个所述的方法，并且，特别地，是用于控制或者调节机动车辆的闸的电路装置的构成元件。
19.如权利要求18所述的电路装置，其特征在于，仅仅在无误差地执行根据权利要求1-17中一个所述的方法之后，进行电动机的加载运行，由此，特别地，控制系统考虑所检测的转子的实际和理论位置之间任何差异。
20.如权利要求18-19中的一个所述的电路装置在机动车辆中的使用。
全文摘要
本发明涉及用于检查同步机器的转子位置的方法和电路装置。方法和电路装置，其中，确定电子换向的同步机器的转子相对于固定在定子上的一个或者多个，特别地三个转子位置传感器的位置，其中，在第一转子位子确定过程之后，通过施加合适的电压，无载转子旋转过预定角度，此后，执行另外的转子位置确定过程，并且将第二转子位置确定过程的结果与所期望的转子位置进行比较。
文档编号H02P6/22GK103069709SQ201180038697
公开日2013年4月24日 申请日期2011年7月28日 优先权日2010年8月5日
发明者T·考夫曼, P·斯陶德, C·比特施, B·布迪阿努, J·莱德克 申请人:大陆-特韦斯贸易合伙股份公司及两合公司