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    Ein Verfahren zur Bestimmung der Winkellage THETA eines eine Polpaarzahl aufweisenden Rotors (2) eines Elektromotors (1) umfasst folgende Schritte: DOLLAR A È Bestromung mindestens einer Statorwicklung (7) des Elektromotors (1) mit einem Pulsmuster (PM1, PM2, PM3) einer Pulsdauer (T), derart, dass der Rotor (2) während der Pulsdauer (T) um nicht mehr als 90 DEG geteilt durch die Polpaarzahl rotiert, DOLLAR A È Erfassung der durch die Bestromung der mindestens einen Statorwicklung (7) bewirkten Winkelbeschleunigung (alpha) des Rotors (2), DOLLAR A È Ermittlung der Winkellage (THETA) des Rotors (2) mittels des Zusammenhangs zwischen der Bestromung der Statorwicklung (7) und der Winkelbeschleunigung (alpha) des Rotors (2).A method for determining the angular position THETA of a pole pair having rotor (2) of an electric motor (1) comprises the following steps: DOLLAR A Best energization of at least one stator winding (7) of the electric motor (1) with a pulse pattern (PM1, PM2, PM3) a Pulse duration (T), such that the rotor (2) during the pulse duration (T) rotates by not more than 90 ° divided by the number of pole pairs, DOLLAR A È detection of the caused by the energization of the at least one stator winding (7) angular acceleration (alpha ) of the rotor (2), DOLLAR A È determination of the angular position (THETA) of the rotor (2) by means of the relationship between the energization of the stator winding (7) and the angular acceleration (alpha) of the rotor (2).
    公开号:DE102004012805A1
    申请号:DE200410012805
    申请日:2004-03-16
    公开日:2005-10-06
    发明作者:Roland Dr. Finkler；Hans-Georg Dr. Köpken
    申请人:Siemens AG；
    IPC主号:G01P3-488
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmungder Rotorlage eines Elektromotors, insbesondere eines bürstenlosen Elektromotors.Ein Verfahren zur Steuerung eines Elektromotors, bei dem die Lageeines Rotors relativ zu einem Stator bestimmt wird, ist beispielsweiseaus der DE 44 37 793C2 bekannt. Analog der hierin verwendeten Terminologiebezeichnen im Folgenden die Begriffe „Rotor" und „Stator" die funktionellen Grundelemente einesElektromotors, welche relativ zu einem festen Koordinatensystemeine veränderlicheLage (Rotor) beziehungsweise eine feste Lage (Stator) einnehmen.Damit sind auch Linearmotoren als Elektromotoren erfasst.The invention relates to a method and a device for determining the rotor position of an electric motor, in particular a brushless electric motor. A method for controlling an electric motor, in which the position of a rotor is determined relative to a stator, for example, from DE 44 37 793 C2 known. As used herein, the terms "rotor" and "stator" refer to the basic functional elements of an electric motor that occupy a variable position (rotor) or a fixed position (stator) relative to a fixed coordinate system. This also linear motors are recorded as electric motors.
    [0002] Beidem aus der DE 44 37793 C2 bekannten Verfahren wird der Zusammenhang zwischeneinem an den Elektromotor angelegten bekannten Signal und der hierdurchangeregten Bewegung des Rotors zur Lagebestimmung des Rotors genutzt,wobei die Lageänderungdes Rotors beispielsweise mit Hilfe eines inkrementalen, optischenMesssystems gemessen wird. Auf eine direkte Messung der Rotorlage mittelseines Absolutmesssystems kann somit verzichtet werden. Jedoch kann,abhängigunter anderem von der Motorgeometrie, nicht nur ein Absolutmesssystems,sondern auch ein inkrementales Messsystem einen erheblichen gerätetechnischen Aufwanddarstellen. Dies gilt insbesondere für Hohlwellenmotoren, wie siebeispielsweise in Kunststoff verarbeitenden Maschinen eingesetztwerden. Zum anderen stellt beim Verfahren nach der DE 44 37 793 C2 die Größe der Amplitudeder durch das angelegte bekannte Signal angeregten Bewegung ofteinen Nachteil dar.In the from the DE 44 37 793 C2 known method, the relationship between a voltage applied to the electric motor known signal and the thus excited movement of the rotor for determining the position of the rotor is used, wherein the change in position of the rotor is measured for example by means of an incremental optical measuring system. A direct measurement of the rotor position by means of an absolute measuring system can thus be dispensed with. However, depending on, among other things, the geometry of the motor, not only an absolute measuring system but also an incremental measuring system can represent a considerable expenditure on equipment. This applies in particular to hollow shaft motors, as used for example in plastic processing machines. On the other hand, in the procedure according to DE 44 37 793 C2 the magnitude of the amplitude of the motion excited by the applied known signal is often a disadvantage.
    [0003] DerErfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Lagebestimmungdes Rotors eines Elektromotors anzugeben, wel ches auf besonders rationelleWeise ohne direkte Lage- oder Lageänderungsmessung arbeitet undden Motor insbesondere nur zu sehr kleinen Bewegungen anregt. Weitersoll eine zur Durchführungdes Verfahrens geeignete Vorrichtung angegeben werden.Of theInvention is based on the object, a method for determining the positionspecify the rotor of an electric motor wel Ches on particularly rationalWay works without direct position or attitude change measurement andIn particular, the motor stimulates only very small movements. Furthershould one be carried outof the method suitable device can be specified.
    [0004] DieseAufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durchein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eineVorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 20. Die im Folgendenim Zusammenhang mit der Vorrichtung getroffenen Aussagen geltensinngemäß auch für das Verfahrenund umgekehrt. Zur Lagebestimmung des Rotors wird weder ein Absolutmesssystemnoch ein inkrementales Lagemesssystem, sondern stattdessen lediglich einBeschleunigungssensor benötigt.Die Messgröße, welchedie Beschleunigung des Rotors angibt, steht mittels direkter physikalischerZusammenhänge,bevorzugt mittels des Wirbelstromprinzips, in dem Verfahren zurVerfügung.Bevorzugt wird hierfür einFerraris-Sensor verwendet, wie er prinzipiell beispielsweise ausder DE 101 56 782C1 bekannt ist.This object is achieved by a method having the features of claim 1 and by a device having the features of claim 20. The statements made below in connection with the device apply mutatis mutandis to the method and vice versa. To determine the position of the rotor, neither an absolute measuring system nor an incremental position measuring system, but instead only an acceleration sensor is required. The measured variable, which indicates the acceleration of the rotor, is available by means of direct physical relationships, preferably by means of the eddy current principle, in the method. For this purpose, a Ferraris sensor is preferably used, as in principle, for example, from the DE 101 56 782 C1 is known.
    [0005] DieErfindung ist ein erster Linie zur Lagebestimmung des Rotors beimAnfahren eines Elektromotors vorgesehen, kann jedoch auch auf Lagebestimmungenwährenddes laufenden Motorbetriebs angewandt werden. Im erstgenannten Fallbenötigt manfür denanschließendenlaufenden Betrieb ein zusätzlichesMesssystem fürdie Bestimmung von Lageänderungen.Bevorzugt handelt es sich bei dem Motor um einen Elektromotor mitPermanentmagnetrotor. Die Rotation während des Lagebestimmungsverfahrensbeträgtweniger als 90° geteiltdurch die Polpaarzahl des Rotors. Bevorzugt ändert sich die Lage des Rotorswährendder Durchführungdes Verfahrens, das heißtwährendeiner sogenannten Pulsdauer, innerhalb derer mindestens eine Statorwicklungdes Elektromotors mit einem Pulsmuster bestromt wird, um nicht mehrals 2°,insbesondere um maximal ca. 1°.TheThe invention is a first line for determining the position of the rotorStarting an electric motor provided, however, can also be based on locationwhileof the current engine operation are applied. In the former caseone needsfor thesubsequentongoing operation an additionalMeasuring system forthe determination of changes in position.The motor is preferably an electric motorPermanent magnet rotor. The rotation during the orientation procedureisdivided less than 90 °by the number of pole pairs of the rotor. Preferably, the position of the rotor changeswhilethe implementationof the procedure, that iswhilea so-called pulse duration, within which at least one stator windingthe electric motor is energized with a pulse pattern to no moreas 2 °,in particular by a maximum of about 1 °.
    [0006] Ineiner besonders bevorzugten Ausgestaltung wird der Stator während desLagebestimmungsverfahrens durch mehrere linear voneinander unabhängige, insbesonderezwei zueinander orthogo nale Komponenten bestromt. Jede Komponenteder Bestromung der Statorwicklungen weist dabei ein spezifischesBestromungsmuster auf, wobei die Gesamtheit der Bestromungsmusterdas Pulsmuster bilden. Die Bestromung, bezogen auf die einzelnen Komponenten,das heißtdie einzelnen Bestromungsmuster, kann entweder durch kontinuierlicheSignale, beispielsweise Sinus-Signale,oder durch voneinander getrennte Impulse, beispielsweise Rechteckimpulse,erfolgen. Unter einem Rechteckimpuls wird in diesem Zusammenhangauch ein Impuls verstanden, der nur näherungsweise eine Rechteckformaufweist.InIn a particularly preferred embodiment, the stator during thePositioning method by several linearly independent, in particulartwo components orthogonal energized nal. Every componentthe energization of the stator windings has a specificEnergization pattern, wherein the totality of the energization patternform the pulse pattern. The energization, based on the individual components,this meansThe individual energization patterns, can be either continuousSignals, such as sine signals,or by separate pulses, for example rectangular pulses,respectively. Under a rectangular pulse is in this contextalso understood an impulse, the approximate shape of a rectanglehaving.
    [0007] Mittelseiner Bestromung des Stators mit Rechteckimpulsen wird der Vorteileiner einfachen rechnerischen Auswertung des erzeugten Beschleunigungssignalserreicht. Die Dauer eines jeden Rechteckimpulses ist lang genug,um ein diesem Impuls zuordenbares und eindeutig auswertbares Beschleunigungssignalzu erhalten und zugleich derart kurz, dass sich die Rotorlage während desImpulses, zumindest in Fällen,in denen der Rotor zu Beginn des Lagebestimmungsverfahrens in Ruheist, nicht wesentlich ändert.Bevorzugt wird aus mehreren Rechteckimpulsen unterschiedlichen Vorzeichens einBestromungsmuster gebildet, welches keine oder nur eine sehr geringeLageänderungdes Rotors bewirkt. Dabei werden separate Beschleunigungsmessungenwährendder Dauer mindestens eines der Rechteckimpulse, vorzugsweise während dergesamten Dauer des Bestromungsmusters durchgeführt. Eine besonders geringeAuslenkung des Rotors währenddes Bestromungsimpulses wird durch einen Impuls erreicht, welchereinen zentralen Abschnitt eines ersten Vorzeichens aufweist, dem Randabschnittedes entgegengesetzten Vorzeichens unmittelbar vorgeschaltet undnachgeschaltet sind. Insbesondere sind die Parameter eines solchenaus drei Abschnitten zusammengesetzten Bestromungsimpulses auf einfacheWeise derart wählbar,dass insgesamt keine bleibende Veränderung der Winkellage desRotors induziert wird.By means of an energization of the stator with rectangular pulses, the advantage of a simple arithmetic evaluation of the generated acceleration signal is achieved. The duration of each rectangular pulse is long enough to obtain an acceleration signal which can be assigned to this pulse and can be evaluated unambiguously, and at the same time so short that the rotor position does not stand during the pulse, at least in cases in which the rotor is at rest at the beginning of the position determination method changes significantly. Preferably, a current flow pattern is formed from a plurality of rectangular pulses of different sign, which causes no or only a very small change in position of the rotor. In this case, separate acceleration measurements during the duration of at least one of Rectangular pulses, preferably carried out during the entire duration of Bestromungsmusters. A particularly small deflection of the rotor during the Bestromungsimpulses is achieved by a pulse having a central portion of a first sign, the edge portions of the opposite sign immediately upstream and downstream. In particular, the parameters of such an energizing pulse composed of three sections can be selected in a simple manner such that overall no permanent change in the angular position of the rotor is induced.
    [0008] DerZusammenhang zwischen der gemessenen Beschleunigung des Rotors undder Winkellage des Rotors ist nicht eindeutig be stimmbar, solangelediglich die Reaktion des Rotors auf eine der linear unabhängigen,insbesondere orthogonalen Bestromungskomponenten betrachtet wird.Dies gilt unter der bei kurzen Bestromungsdauern erfüllten Voraussetzung,dass sich die Winkellage des Rotors während einer Beaufschlagungdes Stators mit einem konstanten Stromimpuls nicht signifikant ändert.Of theRelationship between the measured acceleration of the rotor andThe angular position of the rotor is not clearly be tunable, as long asonly the reaction of the rotor to one of the linearly independent,in particular orthogonal energizing components is considered.This applies under the prerequisite fulfilled for short energizing periods,that the angular position of the rotor during a loadingof the stator does not change significantly with a constant current pulse.
    [0009] Wirdeine Beschleunigung des Rotors gemessen, die einen bestimmten Bruchteileiner mit der Bestromungskomponente erzielbaren Maximalbeschleunigungbeträgt,so kann damit zwar ermittelt werden, um welchen Winkelbetrag derRotor von derjenigen Winkellage abweicht, bei welcher die Maximalbeschleunigungauftritt, doch ist das Vorzeichen des Differenzwinkels auf dieseWeise nicht bestimmbar. Eine eindeutige Winkelbestimmung der Rotorlageist dagegen durch Auswertung der verschiedenen, durch die unterschiedlichenBestromungskomponenten, d. h. Komponenten des Pulsmusters, erzeugtenBeschleunigungssignale möglich.Eine einfache Auswertemöglichkeitist vorzugsweise dadurch realisiert, dass der Stator ausschließlich dannmit einer Bestromungskomponente, das heißt einem Bestromungsmusterals Teil des Pulsmusters, angeregt wird, wenn die jeweils andereBestromungskomponente Null ist beziehungsweise sämtliche anderen Bestromungskomponentendes Pulsmusters Null sind. Jede einzelne der zeitlich versetztenBestromungskomponenten führtdabei zu keiner oder nur zu einer sehr geringen bleibenden Lageänderungdes Rotors.Becomesan acceleration of the rotor is measured, which is a certain fractiona maximum acceleration achievable with the energizing componentis,so it can indeed be determined by what angle theRotor deviates from that angular position at which the maximum accelerationoccurs, but the sign of the differential angle is on thisWay not determinable. A clear angle determination of the rotor positionis, on the other hand, by evaluating the different ones, by the different onesLighting components, d. H. Components of the pulse pattern generatedAcceleration signals possible.A simple evaluation optionis preferably realized in that the stator only thenwith an energizing component, that is to say an energizing patternas part of the pulse pattern, is stimulated if the other oneBestromungskomponente zero or all other lighting componentsof the pulse pattern are zero. Each one of the staggeredCurrent supply leadswith no or only a very small permanent change in positionof the rotor.
    [0010] Vorzugsweiseweisen beide beziehungsweise alle Bestromungsmuster innerhalb desPulsmuster die gleiche Form auf. Damit ist die Winkellage des Rotorsallein durch die Relation zwischen den durch die verschiedenen Bestromungskomponentenerzeugten Beschleunigungssignalen bestimmbar. Physikalische Größen, dieden Zusammenhang zwischen der Bestromung und dem resultierendenAbsolutwert der Winkelbeschleunigung beschreiben, wie die Trägheit derrotierenden Teile, könnensomit bei der Winkelberechnung ebenso wie beispielsweise Reibungseinflüsse unberücksichtigtbleiben. In entsprechender Weise wirken sich mess technische Spezifika,beispielsweise der Frequenzgang eines als Beschleunigungssensoreingesetzten Ferraris-Sensors, bei den Messungen bezüglich beiderbeziehungsweise aller Komponenten der Bestromung des Stators ingleicher Weise aus. Im Fall von Bestromungsmustern, die rechteckförmige Impulsmit Abschnitten entgegengesetzten Vorzeichens umfassen, ist es vorteilhaft,die Absolutwerte des Stroms in den veschiedenen Abschnitten identischzu wählen.Preferablyhave both or all Bestromungsmuster within thePulse pattern the same shape. This is the angular position of the rotorsolely by the relation between the through the different lighting componentsgenerated acceleration signals determinable. Physical quantities thatthe relationship between the energization and the resultingAbsolute value of the angular acceleration describe how the inertia of therotating parts, canthus disregarded in the angle calculation as well as, for example, friction effectsstay. In a similar way, measuring technical specifications,for example, the frequency response of an acceleration sensorFerraris sensor used in the measurements with respect to bothor of all components of the current supply of the stator insame way out. In the case of energization patterns, the rectangular pulsewith sections of opposite sign, it is advantageousthe absolute values of the current in the different sections are identicalto choose.
    [0011] Grundsätzlich istzur Bestimmung der Winkellage des Rotors ein einziges Pulsmusterund damit eine einzige Pulsdauer ausreichend. Nach einer vorteilhaftenWeiterbildung, welche insbesondere zur laufenden Rotorlagebestimmungwährenddes Motorbetriebs, jedoch auch zur Erhöhung der Genauigkeit der Rotorlagebestimmungbeim Anfahren des Motors in Betracht kommt, ist eine periodischeWiederholung der Bestromung der Statorwicklungen mit dem Pulsmustervorgesehen.Basicallyfor determining the angular position of the rotor, a single pulse patternand thus a single pulse duration sufficient. After a favorableTraining, which in particular for the current rotor position determinationwhileengine operation, but also to increase the accuracy of the rotor position determinationis considered when starting the engine, is a periodicRepetition of the current supply of the stator windings with the pulse patternintended.
    [0012] Nachfolgendwird ein Ausführungsbeispiel derErfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:followingis an embodiment ofInvention explained in more detail with reference to a drawing. Herein show:
    [0013] 1a, 1b einenQuerschnitt durch einen Elektromotor sowie ein elektrisches Ersatzschaltbild, 1a . 1b a cross section through an electric motor and an electrical equivalent circuit diagram,
    [0014] 2 verschiedenezur Darstellung der Bestromung des Elektromotors verwendete Koordinatensysteme, 2 various coordinate systems used to represent the energization of the electric motor,
    [0015] 3 einerstes Beispiel einer Bestromung des Elektromotors, 3 a first example of energization of the electric motor,
    [0016] 4 einzweites Beispiel einer Bestromung des Elektromotors und 4 a second example of energization of the electric motor and
    [0017] 5 eindrittes Beispiel einer Bestromung des Elektromotors. 5 a third example of energization of the electric motor.
    [0018] Einanderentsprechende Teile und Parameter sind in allen Figuren mit dengleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.each othercorresponding parts and parameters are in all figures with thethe same reference numerals.
    [0019] In 1a istsymbolisiert der Querschnitt durch einen zweipoligen permanent erregtenSynchronmotor 1, im Folgenden kurz auch als Motor bezeichnet,dargestellt. Der Rotor 2 des Elektromotors 1 umfasstzwei Permanentmagnete 3, die zusammen einen Erregerflussin Richtung des Pfeiles 3a erzeugen. Der in 1a eingezeichneteWinkel θ, mit –π ≤ θ < n, wird dabeials Rotorlage, das heißtals Lage des Rotors 2, bezeichnet. Zur Messung der Winkelbeschleunigung α, d.h. derzweiten zeitlichen Ableitung der Rotorlage ist ein Beschleunigungssensor 6,vorzugsweise ein Ferraris-Sensor, vorgesehen. Mit dem nur schematischangedeuteten Beschleunigungssensor 6 sowie mit den in 1a ebenfallsnur beispielhaft angedeuteten Statorwicklungen 7 wirkteine Auswerteeinheit 8 zusammen, die, wie untenstehendanhand der 3 bis 5 näher erläutert, erstensdefinierte Stromimpulse erzeugt, um eine Winkelbeschleunigung α des Rotors 2 zuinduzieren, zweitens das vom Beschleunigungssensor 6 kommendeSignal mit diesen Stromimpulsen verrechnet und daraus drittens dieRotorlage θ bestimmt.Die Statorwicklungen 7 diesen in erster Linie der Bestromungdes Motors 1 währenddes gewöhnlichenBetriebes, d.h. zur Erzeugung einer Antriebsleistung. Die erfindungsgemäße Bestromungmit untenstehend erläuterten Pulsmusternwird additiv überlagertbeziehungsweise wird einmalig vor der gewöhnliche Motorbestromung durchgeführt.In 1a is symbolized by the cross-section of a two-pole permanently excited synchronous motor 1 , hereinafter also referred to as engine, shown. The rotor 2 of the electric motor 1 includes two permanent magnets 3 , which together create a pathogen flux in the direction of the arrow 3a produce. The in 1a drawn angles θ, with -π ≤ θ <n, is used as the rotor position, that is, as the position of Ro tors 2 , designated. For measuring the angular acceleration α, ie the second time derivative of the rotor position is an acceleration sensor 6 , preferably a Ferraris sensor provided. With the only schematically indicated acceleration sensor 6 as well as with the in 1a also only exemplified stator windings 7 acts an evaluation unit 8th together, which, as shown below using the 3 to 5 explained in detail, firstly defined current pulses generated by an angular acceleration α of the rotor 2 secondly, that of the accelerometer 6 coming signal with these current pulses and calculated third, the rotor position θ determined. The stator windings 7 this primarily the energization of the engine 1 during normal operation, ie to generate a drive power. The energization according to the invention with pulse patterns explained below is superimposed additively or is carried out once before the usual motor energization.
    [0020] Die 1b zeigtdas elektrische Ersatzschaltbild des Motors 1 mit dreiAnschlussklemmen R, S, T und den durch diese fließenden Motorströmen iR, iS, iT.Die Statorwicklungen 7 des Motors 1 sind in 1b jeweilsdargestellt durch einen Widerstand 4 und eine Induktivität 5.Wie aus 1b ersichtlich, handelt es sichbei der Schaltung aufgrund eines die Anschlussklemmen R, S, T über dieWiderstände 4 unddie Induktivitäten 5 verbindendenKnotens 9 um ein System mit zwei Freiheitsgraden.The 1b shows the electrical equivalent circuit of the engine 1 with three terminals R, S, T and the motor currents flowing through them i R , i S , i T. The stator windings 7 of the motor 1 are in 1b each represented by a resistor 4 and an inductance 5 , How out 1b can be seen, it is in the circuit due to one of the terminals R, S, T via the resistors 4 and the inductors 5 connecting node 9 a system with two degrees of freedom.
    [0021] ZurErzielung einer maximalen Momentenausbeute des Motors 1,das heißteines maximalen Drehmomentes M bei vorgegebenem (iR 2 + iS 2 + iT 2)1/2 ist die Bestromung des Motors 1 passendzur Rotorlage θ zuwählen.Sofern die Motorbestromung in diesem Sinn nicht optimal auf dieRotorlage θ abgestimmtist, sondern einem davon verschiedenen Winkel θ – ε entspricht (mit ε < θ), so resultiertdaraus ein um den Faktor cos ε verringertesDrehmoment. Diese Tatsache kann nun zur Bestimmung der Winkellage θ des Rotors 2 genutztwerden, indem der Motor 1 auf nachstehend noch näher erläuterte Weisegezielt teilweise unpassend zur Rotorlage θ bestromt und das resultierendeDrehmoment M analysiert wird. Unmittelbar gemessen wird dabei nichtdas Drehmoment M, sondern die dazu zumindest annähernd proportionale Winkelbeschleunigung α des Rotors 2.To achieve a maximum torque yield of the engine 1 , that is a maximum torque M at a given (i R 2 + i S 2 + i T 2 ) 1.2 is the energization of the motor 1 to choose the rotor position θ. If the motor energization is not optimally matched to the rotor position θ in this sense, but corresponds to a different angle θ-ε (with ε <θ), this results in a torque reduced by the factor cos ε. This fact can now be used to determine the angular position θ of the rotor 2 be used by the engine 1 in a manner which will be explained in more detail below, it is supplied in a targeted manner to the rotor position θ in a partially inappropriate manner and the resulting torque M is analyzed. It is not measured directly the torque M, but the at least approximately proportional angular acceleration α of the rotor 2 ,
    [0022] BeiBestromung des Motors 1 mit den Motorströmen iR, iS, iT erzeugtder Motor 1 ein Drehmoment M, welches von den Motorströmen iR, iS, iT undvon der Rotorlage θ abhängt. Dasauf den Rotor 2 wirkende Drehmoment M wiederum führt zu einerWinkelbeschleunigung α desRotors 2, die unter vereinfachenden Annahmen wie ein konstantesEigen- und Lastträgheitsmomentund die Abwesenheit von Stör-und Reibmomenten proportional zum Drehmoment M ist. Bezeichnet mandie Summe von Eigen- und Lastträgheitsmomentmit J, so gilt α = M/J. (40) When the motor is energized 1 with the motor currents i R , i S , i T , the motor generates 1 a torque M, which depends on the motor currents i R , i S , i T and the rotor position θ. That on the rotor 2 acting torque M in turn leads to an angular acceleration α of the rotor 2 which is proportional to the torque M under simplifying assumptions such as a constant self-inertia and moment of inertia and the absence of disturbing and frictional moments. If we call the sum of the moment of inertia and load inertia J, then α = M / J. (40)
    [0023] Erfindungsgemäß wird nunder Motor 1 so bestromt, dass man durch Vergleich von MotorbestromungiR, iS, iT und resultierender Winkelbeschleunigung α auf dieRotorlage θ schließen kann.Eine geeignete Verrechnung der mit dem Beschleunigungssensor 6 gemessenenWinkelbeschleunigung α mit derMotorbestromung iR, iS,iT mittels der Auswerteeinheit 8 führt dannzur Winkellage θ desRotors 2.According to the invention, the engine is now 1 energized so that one can close by comparison of motor current i R , i S , i T and the resulting angular acceleration α on the rotor position θ. A suitable calculation of the with the acceleration sensor 6 measured angular acceleration α with the motor current i R , i S , i T by means of the evaluation unit 8th then leads to the angular position θ of the rotor 2 ,
    [0024] ImFolgenden werden die Zusammenhänge zwischenden oben erwähntenGrößen iR, iS, iT, θ und daserfindungsgemäße Verfahrennäher erläutert: Aufgrunddes die den MotorströmeiR, iS, iT verbindenden Knotens 9 gilt iR +iS + iT = 0. (50) In the following, the relationships between the aforementioned variables R i, i S, i T, θ, and illustrates the process of the invention in detail: Due to the node connecting the motor currents i R , i S , i T 9 applies i R + i S + i T = 0. (50)
    [0025] Daherlassen sich die MotorströmeiR, iS, iT auch durch zwei orthogonale Komponenten iα =(2/3) iR + (–1/3) iS +(–1/3)iT (60a) iβ =iR + (1/31/2) iS + (–1/31/2) iT (60b)darstellen;stellt man umgekehrt die Motorströme iR, iS, iT durch die orthogonalenKomponenten iα,iβ dar, soerhältman lR =lα (70a) iS =(–1/2)iα +(31/2/2) iβ (70b) iT =(–1/2)iα +(–31/2/2) iβ. (70c) Therefore, the motor currents i R , i S , i T can also be by two orthogonal components i α = (2/3) i R + (-1/3) i S + (-1/3) i T (60a) i β = i R + (1/3 1.2 i S + (-1/3 1.2 i T (60b) group; Conversely, if the motor currents i R , i S , i T are represented by the orthogonal components i α , i β , one obtains l R = l α (70a) i S = (-1/2) i α + (3 1.2 / 2) i β (70b) i T = (-1/2) i α + (-3 1.2 / 2) i β , (70c)
    [0026] DieseKomponenten des Stroms werden als statorfest bezeichnet. Durch Drehungder orthogonalen Komponenten iα, iβ umeinen Winkel θx ergeben sich die Komponenten ix(θx) = (cos θx)iα +(sin θx) iβ (80a) iy(θx) = (–sin θx) iα + (cos θx) iβ (80b) These components of the current are referred to as stator fixed. By rotation of the orthogonal components i α , i β by an angle θ x , the components result i x (θ x ) = (cos θ x i α + (sin θ x i β (80a) i y (θ x ) = (-Sin θ x i α + (cos θ x i β (80b)
    [0027] Beieinem konstanten Winkel θx sind diese Komponenten ix,iy ebenfalls statorfest. Setzt man den Winkel θx dagegen gleich der im Allgemeinen zeitveränderlichenRotorlage θ,so kommt man zu den rotorfesten Koordinaten iq = ix(θ) = (cos θ) iα +(sin θ)iβ (90a) id =iy(θ)= (–sin θ) iα +(cos θ)iβ (90b) At a constant angle θ x , these components i x , i y are also stator-fixed. If one sets the angle θ x equal to the generally time-variable rotor position θ, one arrives at the rotor-fixed coordinates i q = i x (θ) = (cos θ) i α + (sin θ) i β (90a) i d = i y (θ) = (-sin θ) i α + (cos θ) i β (90b)
    [0028] In 2 istdie Beziehung zwischen den für dieDarstellung der Motorbestromung verwendeten Koordinaten α, β, x, y, q,d veranschaulicht, wobei der Rotor 2 des Motors 1 alsStabmagnet symbolisiert ist und ω dieWinkelgeschwindigkeit bezeichnet.In 2 is the relationship between the coordinates used for the representation of the motor energization α, β, x, y, q, d illustrated, wherein the rotor 2 of the motor 1 is symbolized as a bar magnet and ω denotes the angular velocity.
    [0029] Mitden rotorfesten Koordinaten iq , id, lässt sichder Zusammenhang zwischen Motorbestromung und erzeugtem DrehmomentM bzw. Winkelbeschleunigung α sehreinfach formulieren: Das Drehmoment M ist einfach proportional zurKomponente iq = ix(θ), während id = iy(θ) kein Drehmomenterzeugt. Mit der Gleichung (40) folgt daraus für das Drehmoment M und dieWinkelbeschleunigung α desRotors 2 M= KM iq; α = (KM/J) iq (100)wobei KM > 0 (105)eine Proportionalitätskonstantebezeichnet.With the rotor-fixed coordinates i q , i d , the relationship between motor current and generated torque M or angular acceleration α can be very simply formulated: The torque M is simply proportional to the component i q = i x (θ), while i d = i y (θ) generates no torque. With the equation (40) it follows for the torque M and the angular acceleration α of the rotor 2 M = K M i q ; α = (K M / J) i q (100) in which K M > 0 (105) denotes a proportionality constant.
    [0030] Dadie rotorfeste Komponente id der Bestromungkein Drehmoment M erzeugt, sollte versucht werden, den Motor 1 sozu bestromen, dass id = 0 wird. Hierfür, allgemeinfür eineBestromung mit definierten rotorfesten Koordinaten iq,id, muss die Rotorlage θ bekannt sein. Zur Bestimmungder Rotorlage θ erfolgteine Bestromung der Statorwicklungen 7 des Motors 1 mitdefinierten Pulsmustern PM1, PM2 oder PM3, welche jeweils ein Bestromungsmuster BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y in jederder Komponenten ix, iy aufweisen,wie anhand der folgenden Beispiele näher erläutert wird. Nach einem Grundprinzipzur der Bestimmung der Rotorlage θ wird der Motor 1 für ein kurzesZeitintervall t0 ≤ t < t0 +T1 mit ix(θx)= I0, iy(θx) = 0 (120)bestromt,wobei T1 so klein sei, dass sich die Rotorlage θ in dieserZeitspanne praktisch nicht verändert. DurchAuflösenvon (80a, b) nach iα, iβ undEinsetzen des Ergebnisses in (90a, b) erhält man iq = [cos (θ – θx)] ix(θx) + [sin (θ – θx)]iy(θx) (130a) id =[–sin(θ – θx)] ix(θx) + [cos (θ – θx)]iy(θx) (130b) Since the rotor-fixed component i d of the energization does not generate torque M, the engine should be tried 1 so energize that i d = 0. For this purpose, generally for an energization with defined rotor-fixed coordinates i q , i d , the rotor position θ must be known. To determine the rotor position θ, the stator windings are energized 7 of the motor 1 with defined pulse patterns PM1, PM2 or PM3, which in each case have an energizing pattern BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y in each of the components i x , i y , as will be explained in more detail with reference to the following examples. After a basic principle for the determination of the rotor position θ becomes the engine 1 for a short time interval t 0 ≤ t <t 0 + T 1 With i x (θ x ) = I 0 , i y (θ x ) = 0 (120) energized, where T 1 is so small that the rotor position θ practically does not change in this period. By solving (80a, b) for i α , i β and substituting the result in (90a, b), one obtains i q = [cos (θ - θ x )] i x (θ x ) + [sin (θ - θ x )] i y (θ x ) (130a) i d = [-Sin (θ - θ x )] i x (θ x ) + [cos (θ - θ x )] i y (θ x ) (130b)
    [0031] Mit(120) und (100) folgt daraus α =[cos (θ – θx)] (KM/J) I0 (140) With (120) and (100) it follows α = [cos (θ-θ x )] (K. M / J) I 0 (140)
    [0032] DurchAuflösennach dem Winkel erhältman hieraus zunächst θ – θx = ± Arccos(α J/(KM I0)) + 2 k π (150)bzw. θ = mod (θx ± Arccos(α J/(KM I0)), 2 π), (160)wobei Arccosden Hauptwert des Arcuscosinus, k eine ganze Zahl und mod die Modulo-Funktionbezeichnet, d.h. mod(x, y) ist der Rest bei der Division von x durchy. Die Bestimmung der Rotorlage θ nach (160)hat dabei noch zwei Nachteile: Zum einen muss das Verhältnis zwischender ProportionalitätskonstanteKM und der mit J bezeichneten Summe vonEigen- und Lastträgheitsmomentendes Rotors 2 bekannt sein.By dissolving after the angle you get from this first θ - θ x = ± Arccos (α J / (K M I 0 )) + 2 k π (150) respectively. θ = mod (θ x ± Arccos (α J / (K M I 0 )), 2 π), (160) where Arccos denotes the principal value of the arc cosine, k an integer, and mod the modulo function, ie mod (x, y) is the remainder of the division of x by y. The determination of the rotor position θ according to (160) has two disadvantages: On the one hand, the ratio between the proportionality constant K M and the sum of eigen and load moments of inertia of the rotor designated J has to be determined 2 be known.
    [0033] Zumanderen kann das Vorzeichen der Differenz zwischen den Winkeln θ und θx, das heißt die Differenz zwischen dertatsächlichenWinkellage des Rotors 2 und derjenigen Winkellage des Rotors 2,bei der mit der gegebenen Bestromung das maximale Drehmoment M aufden Rotor 2 wirken würde,nicht bestimmt werden.On the other hand, the sign of the difference between the angles θ and θ x , that is, the difference between the actual angular position of the rotor 2 and that angular position of the rotor 2 , in which with the given energization the maximum torque M on the rotor 2 would not be determined.
    [0034] DieseNachteile werden durch die im folgenden beschriebenen Verfahrenbehoben.TheseDisadvantages are by the method described belowFixed.
    [0035] ZurBestimmung der Rotorlage θ imStillstand des Rotors 2 zum Zeitpunkt t = 0 wird der Motor 1 entsprechend 3 miteinem Pulsmuster PM1 bestromt, welches sich aus einem Bestromungsmuster BM1x der Komponente ix undeinem Bestromungsmuster BM1y der Komponenteiy zusammensetzt: ix(θx,t) = Ix0 für 0 ≤ t < T1 = –Ix0 fürT1 ≤ t < 3 T1 =Ix0 für3 T1 ≤ t < 4 T1 =0 sonst (162a) iy(θx, t) = Iy0 für 4 T1 + T2 ≤ t < 5 T1 +T2 = –Iy0 für 5 T1 + T2 ≤ t < 7 T1 +T2 = Iy0 für 7 T1 + T2 ≤ t < 8 T1 +T2 = 0 sonst (162b) To determine the rotor position θ at standstill of the rotor 2 at time t = 0, the engine becomes 1 corresponding 3 energized with a pulse pattern PM1, which is composed of a Bestromungsmuster BM 1x of the component i x and a Bestromungsmuster BM 1y the component i y : i x (θ x , t) = I x0 for 0 ≤ t <T 1 = -I x0 for T 1 ≤ t <3 T 1 = I x0 for 3 T 1 ≤ t <4 T 1 = 0 otherwise (162a) i y (θ x , t) = I y0 for 4T 1 + T 2 ≤ t <5 T 1 + T 2 = -I y0 for 5 T 1 + T 2 ≤ t <7 T 1 + T 2 = I y0 for 7 t 1 + T 2 ≤ t <8 T 1 + T 2 = 0 else (162b)
    [0036] Dabeisind T1 KM Ix0/J und T1 KM Iy0/Jhinreichend klein, (163a)sodass sich währendder Bestromungsphasen 0 ≤ t < 4 T1 (ix(θx, t) ≠ 0), (163) 4 T1 +T2 ≤ t < 8 T1 +T2 (iy(θx, t) ≠ 0) (163c)die Rotorlage θ nur unwesentlich ändert unddamit die Winkelbeschleunigung α jeweilsproportional zum Strom ix(θx, t) bzw. iy(θx, t) ist. Damit ist die Bestromung (162a,b) so gewählt,dass sich die aus der Beschleunigung durch zweifache Integrationergebende Rotorlage durch diese Bestromung nur vorübergehendwährendder Bestromungsphasen ändert,ansonsten aber unverändertbleibt, d.h. θ(t) = θ(0) für 4 T1 ≤ t ≤ 4 T1 + T2, (164a) θ(t) = θ(0) für 8 T1 +T2 ≤ t (164) There are T 1 K M I x0 / J and T 1 K M I y0 / J sufficiently small, (163a) so that during the energizing phases 0 ≤ t <4 T 1 (i x (θ x , t) ≠ 0), (163) 4T 1 + T 2 ≤ t <8 T 1 + T 2 (i y (θ x , t) ≠ 0) (163c) the rotor position θ changes only insignificantly and thus the angular acceleration α is in each case proportional to the current i x (θ x , t) or i y (θ x , t). Thus, the energization (162a, b) is selected so that the resulting from the acceleration by dual integration rotor position by passing this current only pass changes during the energizing phases, but otherwise remains unchanged, ie θ (t) = θ (0) for 4T 1 ≤ t ≤ 4 T 1 + T 2 , (164a) θ (t) = θ (0) for 8T 1 + T 2 ≤ t (164)
    [0037] DiePulsdauer T des Pulsmusters PM1 ist durch 8 T1 +T2 gegeben. Der Zeitabschnitt jeder Komponenteix(θx, t), iy(θx, t), in welchem das jeweilige Signal vonNull verschieden ist, wird als Bestromungsphase, die übrige Zeitals bestromungsfreie Phase bezeichnet. Wie aus 3 sowieden Gleichungen (162a, b) hervorgeht, fällt die Bestromungsphase einerder Komponenten ix, iy jeweilsin eine bestromungsfreie Phase der anderen Komponenten iy, ix.The pulse duration T of the pulse pattern PM1 is given by 8 T 1 + T 2 . The time interval of each component i x (θ x , t), i y (θ x , t), in which the respective signal is different from zero, is referred to as Bestromungsphase, the remaining time as energization-free phase. How out 3 and Equations (162a, b), the energization phase of one of the components i x , i y falls in each case into a current-free phase of the other components i y , i x .
    [0038] Insgesamtresultiert damit aus der Bestromung (162a, b) gemäß (130a,b), (100) die Winkelbeschleunigung α(t)= (KM Ix0/J) cos(θ – θx) für0 ≤ t < T1 = –(KM Ix0/J) cos (θ – θx) fürT1 ≤ t < 3 T1 =(KM Ix0/J) cos (θ – θx) für3 T1 ≤ t < 4 T1 =(KM Iy0/J) sin (θ – θx) für4 T1 + T2 ≤ t < 5 T1 +T2 = –(KM Iy0/J) sin (θ – θx)für 5 T1 + T2 ≤ t < 7 T1 +T2 = (KM Iy0/J) sin (θ – θx)für 7 T1 + T2 ≤ t < 8 T1 +T2 = 0 sonst (165) Overall, thus results from the energization (162a, b) according to (130a, b), (100), the angular acceleration α (t) = (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for 0 ≤ t <T 1 = - (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for T 1 ≤ t <3 T 1 = (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for 3 T 1 ≤ t <4 T 1 = (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for 4T 1 + T 2 ≤ t <5 T 1 + T 2 = - (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for 5 T 1 + T 2 ≤ t <7 T 1 + T 2 = (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for 7 T 1 + T 2 ≤ t <8 T 1 + T 2 = 0 else (165)
    [0039] Darausergeben sich zunächstdie Beziehungen cos(θ – θx)= (J/KM) α(tx)/Ix0, sin(θ – θx)= (J/KM) α(ty)/Iy0, (166a)dabeibedeuten tx, ty beliebigeZeitpunkte im Bereich 0 ≤ tx ≤ T1 oder 3 T1 ≤ tx ≤ 4T1 bzw. (166b) 4T1 + T2 ≤ ty ≤ 5T1 + T2 oder 7 T1 + T2 ≤ ty ≤ 8T1 + T2 (166c) This first results in the relationships cos (θ - θ x ) = (J / K M ) α (t x ) / I x0 . sin (θ - θ x ) = (J / K M ) α (t y ) / I y0 , (166a) where t x , t y mean arbitrary times in the range 0 ≤ t x ≤ T 1 or 3T 1 ≤ t x ≤ 4T 1 or (166b) 4T 1 + T 2 ≤ t y ≤ 5T 1 + T 2 or 7T 1 + T 2 ≤ t y ≤ 8T 1 + T 2 (166c)
    [0040] Damitlässt sichdie gesuchte Rotorlage θ (0) wegen(105) bereits wie folgt bestimmen: θ(0)= θx + atan2(α(ty)/Iy0, α(tx)/Ix0); (166d)dabeibedeutet atan2(y,x) das Argument der komplexen Zahl x + j y, wobeij die imaginäreEinheit (j2 = –1) bezeichnet. Für die praktischeAnwendung dieser Formel ist jedoch zu berücksichtigen, dass bei der Bestromungdie Zusammenhängenach (165) meist nur näherungsweiseim zeitlichen Mittel gelten. Besser geeignet ist hier die Bestimmungder Rotorlage θ nachder Formel θ(0) = θx + atan2(cα iy/ciy iy, cα ix/cix ix); (167a)mit cα ix = ∫0 ≤ t ≤ T α(t) ix(θx, t) d t, cα iy = ∫0 ≤ t ≤ T α(t) iy(θx, t) d t, (167b,c) cixix = ∫0 ≤ t ≤ T [ix(θx, t)] d t, ciyiy = ∫0 ≤ t ≤ T [iy(θx, t)] d t. (167d,e)mit T = 8 T1 +2 T2 (168) Thus, the desired rotor position θ (0) can already be determined as follows because of (105): θ (0) = θ x + atan2 (α (t y ) / I y0 , α (t x ) / I x0 ); (166d) where atan2 (y, x) means the argument of the complex number x + jy, where j denotes the imaginary unit (j 2 = -1). For the practical application of this formula, however, it must be taken into consideration that the relationships according to (165) usually apply only approximately in the time average during the energization. More suitable here is the determination of the rotor position θ according to the formula θ (0) = θ x + atan2 (c α iy / c iy iy , c α ix / c ix ix ); (167a) With c α ix = ∫ 0 ≤ t ≤ T α (t) i x (θ x , t) dt, c α iy = ∫ 0 ≤ t ≤ T α (t) i y (θ x , t) dt, (167b, c) c ixix = ∫ 0 ≤ t ≤ T [i x (θ x , t)] dt, c iyiy = ∫ 0 ≤ t ≤ T [i y (θ x , t)] d t. (167d, e) With T = 8T 1 + 2 T 2 (168)
    [0041] Aufverschiedene Arten kann die Rotorlage θ nicht nur zu Beginn, beimAnfahren des Motors 1, sondern fortlaufend während desBetriebs bestimmt werden. Allgemein muss hierzu der zum eigentlichen BetriebbenötigtenBestromung ix soll(θx, t), iy soll(θx, t) (169a) nocheine Testbestromung ix test(θx, t), iy test(θx, t) (169b)überlagertwerden, d.h. es muss mit ix(θx,t) = ix soll(θx,t) + ix test(θx,t), (169c) iy(θy, t) = iy soll(θx, t) + iy test(θx, t), (169d)bestromtwerden. Fürdiese hier als Testbestromung ix test(θx, t), iy test(θx, t) bezeichneten Pulsmuster PM gibt esmehrere Möglichkeiten: Eineerste Möglichkeiteiner geeigneten Testbestromung ergibt sich z.B. aus der periodischenFortsetzung von (162a, b) fürt > 0, wie das in 4 dargestellte,sich aus Bestromungsmustern BM2x, BM2y zusammensetzende Pulsmuster PM2 zeigt: ix test(θx, t) = Ix0 für n T ≤ t < n T + T1 = –Ix0 für n T +T1 ≤ t < n T + 3 T1 = Ix0 für n T +3 T1 ≤ t < n T + 4 T1 = 0 sonst (170a) iy test(θx, t) = Iy0 für n T +4 T1 ≤ t < n T + 5 T1 = –Iy0 für n T +5 T1 ≤ t < n T + 7 T1 = Iy0 für n T +7 T1 ≤ t < n T + 8 T1 = 0 sonst, (170b) n = 0, 1, 2, ... (170c)mit Tnach (168).In various ways, the rotor position θ not only at the beginning, when starting the engine 1 but be determined continuously during operation. In general, this requires the current supply required for the actual operation i x should (θ x , t), i y should (θ x , t) (169a) still a Testbestromung i x test (θ x , t), i y test (θ x , t) (169b) be superimposed, ie it must be with i x (θ x , t) = i x should (θ x , t) + i x test (θ x , t), (169c) i y (θ y , t) = i y should (θ x , t) + i y test (θ x , t), (169d) be energized. For this pulse pattern PM designated here as test current i x test (θ x , t), i y test (θ x , t), there are several possibilities: A first possibility of suitable test energization results, for example, from the periodic continuation of (162a, b) for t> 0, as in 4 shown, composed of Bestromungsmustern BM 2x , BM 2y pulse pattern PM2 shows: i x test (θ x , t) = I x0 for n T ≦ t <n T + T 1 = -I x0 for n T + T 1 ≤ t <n T + 3 T 1 = I x0 for n T + 3 T 1 ≤ t <n T + 4 T 1 = 0 else (170a) i y test (θ x , t) = I y0 for n T + 4 T 1 ≤ t <n T + 5 T 1 = -I y0 for n T + 5 T 1 ≤ t <n T + 7 T 1 = I y0 for n T + 7 T 1 ≤ t <n T + 8 T 1 = 0 otherwise, (170b) n = 0, 1, 2, ... (170c) with T after (168).
    [0042] Setztman voraus, dass sich die Rotorlage θ innerhalb der Zeitintervallen T ≤ t ≤ (n + 1)T;n = 0, 1, 2, ... nur unwesentlich ändert, so resultiert gemäß (90a,b), (100) daraus eine zusätzlicheBeschleunigung αtest(t):= α(t) – αsoll(t)= (KM Ix0/J) cos(θ – θx) fürn T ≤ t < n T + T1 = –(KM Ix0/J) cos (θ – θx) für n T +T1 ≤ t < n T + 3 T1 = (KM Ix0/J) cos (θ – θx) für n T +3 T1 ≤ t < n T + 4 T1 = (KM Iy0/J) sin (θ – θx) für n T +4 T1 ≤ t < n T + 5 T1 = –(KM Iy0/J) sin (θ – θx) für n T +5 T1 ≤ t < n T + 7 T1 = (KM Iy0/J) sin (θ – θx) für n T +7 T1 ≤ t < n T + 8 T1 = 0 sonst, (180)wobei αsoll(t)die auf Grund der zum eigentlichen Betrieb benötigten Bestromung ix soll(θx, t), iy soll(θx, t)erwartete Beschleunigung darstelltund damit als bekannt vorausgesetzt werden darf.Assuming that the rotor position θ within the time intervals n T ≤ t ≤ (n + 1) T; n = 0, 1, 2, ... changes only insignificantly, then according to (90a, b), (100) an additional acceleration results α test (t): = α (t) - α should (t) = (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for n T ≦ t <n T + T 1 = - (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for n T + T 1 ≤ t <n T + 3 T 1 = (K M I x0 / J) cos (θ - θ x ) for n T + 3 T 1 ≤ t <n T + 4 T 1 = (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for n T + 4 T 1 ≤ t <n T + 5 T 1 = - (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for n T + 5 T 1 ≤ t <n T + 7 T 1 = (K M I y0 / J) sin (θ - θ x ) for n T + 7 T 1 ≤ t <n T + 8 T 1 = 0 otherwise, (180) where α soll (t) is the current required for the actual operation i x should (θ x , t), i y should (θ x , t) expected acceleration and thus may be assumed to be known.
    [0043] Damitergibt sich aus (180) zunächst cos(θ – θx)= (J/KM) αtest(tx)/Ix0, sin(θ – θx) = (J/KM) αtest(ty)/Iy0; (190a)dabeibedeuten tx, ty beliebigeZeitpunkte im Bereich nT ≤ tx ≤ nT + T1 oder n T + 3 T1 ≤ tx ≤ nT + 4 T1 (190b)bzw. n T + 4 T1 + T2 ≤ ty ≤ nT + 5 T1 + T2 oder n T + 7 T1 +T2 ≤ ty ≤ nT + 8 T1 + T2 (190c) This follows from (180) first cos (θ - θ x ) = (J / K M α test (t x ) / I x0 , sin (θ - θ x ) = (J / K M α test (t y ) / I y0 ; (190a) where t x , t y mean arbitrary times in the range n T ≤ t x ≤ n T + T 1 or n T + 3 T 1 ≤ t x ≤ n T + 4 T 1 (190b) respectively. n T + 4 T 1 + T 2 ≤ t y ≤ n T + 5 T 1 + T 2 or n T + 7 T 1 + T 2 ≤ t y ≤ n T + 8 T 1 + T 2 (190c)
    [0044] Damitlässt sichdamit θ (nT) bereits wie folgt bestimmen: θ(nT) = θx + atan2([α(ty) – αsoll(ty)]/Iy0, [α(tx) – αsoll(tx)]/Ix0) (190d) Thus, θ (n T) can already be determined as follows: θ (n T) = θ x + atan2 ([α (t y ) - α should (t y )] / I y0 , [α (t x ) - α should (t x )] / I x0 ) (190d)
    [0045] Für die praktischeAnwendung dieser Formel ist jedoch zu berücksichtigen, dass bei der Bestromungdie Zusammenhängenach (180) meist nur näherungsweiseim zeitlichen Mittel gelten.For the practicalHowever, application of this formula should be taken into account when energizingcontextsafter (180) usually only approximatelyapply on average.
    [0046] Bessergeeignet ist hier die Bestimmung der Rotorlage θ im Zeitintervall n T ≤ t ≤ (n + 1) Tnach der Formel θ(n T) = θx + atan2(cα iy/ciy iy, cα ix/cix ix); (200a)mit cα ix = ∫n T ≤ t ≤ (n + 1) T [α(t) – αsoll(t)]ix test (θx,t) d t, cα iy = ∫nT ≤ t ≤ (n + 1) T [α(t) – αsoll(t)]iy test (θx,t) d t, (200b, c) cixix = ∫nT ≤ t ≤ (n + 1) T [ix test (θx, t)]2 d t, ciyiy = ∫nT ≤ t ≤ (n + 1) T [iy test (θx, t)]2 d t. (200d, e) More suitable here is the determination of the rotor position θ in the time interval n T ≤ t ≤ (n + 1) T according to the formula θ (n T) = θ x + atan2 (c α iy / c iy iy , c α ix / c ix ix ); (200a) With c α ix = ∫ n T ≤ t ≤ (n + 1) T [α (t) - α should (t)] i x test (θ x , t) dt, c α iy = ∫ n T ≤ t ≤ (n + 1) T [α (t) - α should (t)] i y test (θ x , t) dt, (200b, c) c ixix = ∫ n T ≤ t ≤ (n + 1) T [i x test (θ x , t)] 2 dt, c iyiy = ∫ n T ≤ t ≤ (n + 1) T [i y test (θ x , t)] 2 d t. (200d, e)
    [0047] Bisherwurde vorausgesetzt bzw. mit der Näherung gearbeitet, dass sichdie Rotorlage θ innerhalbder Zeitintervalle n T ≤ t ≤ (n + 1) T= 0 nur unwesentlich ändert.Auf diese Voraussetzung kann verzichtet werden, wenn man zum Beispielden eigentlich gewünschtenBewegungsverlauf θsoll(t) mit berücksichtigt. Überlagertman damit an Stelle von (170a–c)die modifizierte Bestromung ix test (θx + θsoll(t) – θsoll(n T), t) = Ix0 für n T ≤ t < n T + T1 = –Ix0 für n T +T1 ≤ t < n T + 3 T1 = Ix0 für n T +3 T1 ≤ t < n T + 4 T1 = 0 sonst (220a) iy test (θx + θsoll(t) – θsoll (n T), t) = Iy0 für n T +4 T1 ≤ t < n T + 5 T1 = –Iy0 für n T +5 T1 ≤ t < n T + 7 T1 = Iy0 für n T +7 T1 ≤ t < n T + 8 Tr = 0 sonst (220b) n = 0, 1, 2, ... (220c)mit Tnach (168), so gelten dafür(190d) und (200a–e) genauso.Previously, it was assumed or worked with the approximation that the rotor position θ changes only insignificantly within the time intervals n T ≦ t ≦ (n + 1) T = 0. This requirement can be dispensed with if, for example, you actually want the desired course of movement θ should (t) taken into account. If instead of (170a-c) one superimposes the modified current supply i x test (θ x + θ should (t) - θ should (n T), t) = I x0 for n T ≦ t <n T + T 1 = -I x0 for n T + T 1 ≤ t <n T + 3 T 1 = I x0 for n T + 3 T 1 ≤ t <n T + 4 T 1 = 0 otherwise (220a) i y test (θ x + θ should (t) - θ should (n T), t) = I y0 for n T + 4 T 1 ≤ t <n T + 5 T 1 = -I y0 for n T + 5 T 1 ≤ t <n T + 7 T 1 = I y0 for n T + 7 T 1 ≤ t <n T + 8 T r = 0 otherwise (220b) n = 0, 1, 2, ... (220c) with T after (168), the same is true for (190d) and (200a-e).
    [0048] AnStelle des gewünschtenBewegungsverlaufes kann man für θsoll(t) auch einen geschätzten Lageverlauf des Rotors 2 einsetzen.Gute Möglichkeitender Schätzungdes Lageverlaufs sind beispielsweise in der DE 44 39 233 A1 sowie inder DE 100 24 394A1 beschrieben.Instead of the desired course of motion, one can also estimate the position of the rotor for θ soll (t) 2 deploy. Good ways of estimating the course of events are, for example, in the DE 44 39 233 A1 as well as in the DE 100 24 394 A1 described.
    [0049] Eineweitere Möglichkeiteiner geeigneten Testbestromung, das heißt eines BestromungsmusterBM3x, BM3y aufweisendenPulsmusters PM3, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben:An Stelle der Bestromung gemäß (170a–c) und 4 bzw.(220a–c)wird der Motor 1 hierbei wie folgt bestromt, wobei Ix0 und Iy0 als Maximalströme bezeichnetsind: Ixtest(θx, t) = Ix0 für n T ≤ t < n T + T/8 = –Ix0 fürn T + T/8 ≤ t < n T + 3T/8 =Ix0 fürn T + 3T/8 ≤ t < n T + 5T/8 = –Ix0 fürn T + 5T/8 ≤ t < n T + 7T/8 =Ix0 fürn T + 7T/8 ≤ t < n T + T =0 sonst (240a) iy test(θx, t) = Iy0 für n T ≤ t < n T + T/4 = –Iy0 fürn T + T/4 ≤ t < n T + 3T/4 =Iy0 fürn T + 3T/4 ≤ t < n T + T =0 sonst, (240b) n = 0, 1, 2, ... (240c)bzw. ix test (θx + θsoll(t) – θsoll(n T), t) = Ix0 für n T ≤ t < n T + T/8 = –Ix0 fürn T + T/8 ≤ t < n T + 3T/8 =Ix0 für n T + 3T/8 ≤ t < n T + 5T/8 = –Ix0 fürn T + 5T/8 ≤ t < n T + 7T/8 =Ix0 für n T + 7T/8 ≤ t < n T + T =0 sonst (245a) iy test (θx + θsoll(t) – θsoll(n T), t) = Iy0 für n T ≤ t < n T + T/4 = –Iy0 fürn T + T/4 ≤ t < n T + 3T/4 =Iy0 für n T + 3 T/4 ≤ t < n T + T =0 sonst (245b) n = 0, 1, 2, ... (245c) A further possibility of a suitable test energization, that is to say a current pattern BM 3x , BM 3y having pulse pattern PM3, will be described below with reference to FIG 5 In place of the energization according to (170a-c) and 4 or (220a-c) becomes the engine 1 energized as follows, where I x0 and I y0 are referred to as maximum currents : I x test (θ x , t) = I x0 for n T ≦ t <n T + T / 8 = -I x0 for n T + T / 8 ≦ t <n T + 3T / 8 = I x0 for n T + 3T / 8 ≤ t <n T + 5T / 8 = -I x0 for n T + 5T / 8 ≤ t <n T + 7T / 8 = I x0 for n T + 7T / 8 ≤ t <n T + T = 0 otherwise (240a) i y test (θ x , t) = I y0 for n T ≦ t <n T + T / 4 = -I y0 for n T + T / 4 ≦ t <n T + 3T / 4 = I y0 for n T + 3T / 4 ≤ t <n T + T = 0 otherwise, (240b) n = 0, 1, 2, ... (240c) respectively. i x test (θ x + θ should (t) - θ should (n T), t) = I x0 for n T ≦ t <n T + T / 8 = -I x0 for n T + T / 8 ≦ t <n T + 3T / 8 = I x0 for n T + 3T / 8 ≤ t <n T + 5T / 8 = -I x0 for n T + 5T / 8 ≤ t <n T + 7T / 8 = I x0 for n T + 7T / 8 ≤ t <n T + T = 0 otherwise (245a) i y test (θ x + θ should (t) - θ should (n T), t) = I y0 for n T ≦ t <n T + T / 4 = -I y0 for n T + T / 4 ≦ t <n T + 3T / 4 = I y0 for n T + 3 T / 4 ≤ t <n T + T = 0 otherwise (245b) n = 0, 1, 2, ... (245c)
    [0050] Auchhier bezeichnet θsoll(t) den gewünschten Bewegungsverlauf odereinen geschätztenLageverlauf des Rotors 2. In diesem Zusammenhang wird ebenfallsauf die DE 44 39 233A1 sowie die DE100 24 394 A1 verwiesen.Again, θ soll (t) denotes the desired course of motion or an estimated course of the rotor 2 , In this context is also on the DE 44 39 233 A1 as well as the DE 100 24 394 A1 directed.
    [0051] EineBerechnung der Rotorlage nach (190d) ist hier nicht mehr möglich, wohlaber nach (200a–e). Dabeimuss T so gewähltwerden, dass die Frequenz 2/T gegenüber einer etwaigen Grenzfrequenz(vgl. DE 44 39 233A1 , Seite 7, Zeilen 39–51)des Beschleunigungsmesssystems vernachlässigt werden kann.A calculation of the rotor position according to (190d) is no longer possible here, but according to (200a-e). In this case, T must be chosen so that the frequency 2 / T compared to a possible cutoff frequency (see. DE 44 39 233 A1 , Page 7, lines 39-51) of the accelerometer system can be neglected.
    [0052] Abweichendvon der vorgenannten Ausführungsbeispielenlassen sich im Sinne eines Frequenzmultiplex an Stelle eines rechteckförmigen Stromverlaufsgemäß (240a–c) und 5 bzw. (245a–c) auchsinusförmigeStromverläufeanwenden: ix test(θx, t) = Ix0 cos(2 π fx t) fürt > 0 (250a) iy test(θx, t) =Iy0 cos(2 π fy t)für t > 0 (250b) bzw. ix test (θx + θsoll(t), t) = Ix0 cos(2 π fx t) fürt > 0 (260a) iy test (θx + θsoll(t), t) = Iy0 cos(2 π fy t) fürt > 0 (260b) Notwithstanding the aforementioned embodiments can be in the sense of a frequency multiplex in place of a rectangular current waveform according to (240a-c) and 5 or (245a-c) also apply sinusoidal current waveforms: i x test (θ x , t) = I x0 cos (2 π f x t) for t> 0 (250a) i y test (θx, t) = I y0 cos (2 π f y t) for t> 0 (250b) respectively. i x test (θ x + θ should (t), t) = I x0 cos (2 π f x t) for t> 0 (260a) i y test (θ x + θ should (t), t) = I y0 cos (2 π f y t) for t> 0 (260b)
    [0053] Dabeisei vorausgesetzt, dass sich der gewünschte Bewegungsverlauf θsoll(t) im Vergleich zu den Kosinusfunktionencos(2 π fx t), cos(2 π fy t)zeitlich nur langsam ändert.It is assumed here that the desired course of motion θ soll (t) changes only slowly in time compared to the cosine functions cos (2πf x t), cos (2πf y t).
    [0054] DieBestimmung der Rotorlage θ erfolgtdann allerdings nicht mehr nach (200a–e), sondern über dieAnwendung einschlägigerDemodulationsverfahren auf das gemessene Beschleunigungssignal.Solche Demodulationsverfahren sind z.B. aus der Nachrichtentechnikbekannt. Durch sie erhältman die Signale Ax(t), Ay(t), (270)die sichim Vergleich zu cos(2 π fx t), cos(2 π fy t)zeitlich nur langsam ändernund fürdie näherungsweise α(t) = Ax(t)cos(2 π fx t) + Ay(t) cos(2 π fy t) (280)gilt.Aus diesen Signalen erhältman den gesuchten Verlauf der Rotorlage θ zu θ(t)= θx + atan2(Ay(t)/Iy0, Ax(t)/Ix0) (290)bzw. θ(t) = θx + θsoll(x) + atan2(Ay(t)/Iy0, Ax(t)/Ix0) (300) However, the determination of the rotor position θ then no longer takes place according to (200a-e) but via the application of relevant demodulation methods to the measured acceleration signal. Such demodulation methods are known, for example, from telecommunications engineering. Through them you get the signals A x (t), A y (t), (270) which change in time compared to cos (2 π f x t), cos (2 π f y t) only slowly and for the approximate α (t) = A x (t) cos (2 π f x t) + A y (t) cos (2 π f y t) (280) applies. From these signals one obtains the desired course of the rotor position θ θ (t) = θ x + atan2 (A y (T) / I y0 , A x (T) / I x0 ) (290) respectively. θ (t) = θ x + θ should (x) + atan2 (A y (T) / I y0 , A x (T) / I x0 ) (300)
    [0055] Wenndabei die Frequenzen fx, fy gegenüber eineretwaigen Grenzfrequenz (vgl. DE 44 39 233 A1 , Seite 7, Zeilen 39–51) desBeschleunigungsmesssystems nicht mehr vernachlässigbar sind, muss obiges Verfahrenmodifiziert werden, wie im folgenden ausgeführt wird: In diesem Fallist das Ausgangssignal Uα(t) nicht direkt proportionalzu α(t),vielmehr ergibt sich Uα (t)= Ux(t) cos (2 π fx t+ φx) + Uy(t) cos (2 π fy t + φy) (310a)mit Ux(t)= Ax(t) |H(j 2 π fx)|, φx = arg(H(j 2 π fx)), (310, c) Uy(t)= Ay(t) |H(j 2 π fy)|, φy = arg(H(j 2 π fy)), (310d, e)wobeiH die Übertragungsfunktiondes Beschleunigungssmesssystems und arg(z) das Argument der komplexenZahl z bezeichnet. Folglich kann man die Signale Ax(t),Ay(t) gemäß Ax(t) = Ux(t)/|H(j2 π fx) |,Ay(t) = Uy(t)/|H(j 2 π fy)| (320a, b)bestimmenund damit die Rotorlage nach (290) bzw. (300) berechnen.If, in this case, the frequencies f x , f y are opposite a possible cutoff frequency (cf. DE 44 39 233 A1 , Page 7, lines 39-51) of the acceleration measuring system are no longer negligible, the above method must be modified, as follows: In this case, the output signal U α (t) is not directly proportional to α (t), but rather results U α (t) = U x (t) cos (2 π f x t + φ x ) + U y (t) cos (2 π f y t + φ y ) (310a) With U x (t) = A x (t) | H (j 2 π f x ) |, φ x = arg (H (j 2 π f x )), (310, c) U y (t) = A y (t) | H (j 2 π f y ) |, φ y = arg (H (j 2 π f y )), (310d, e) where H denotes the transfer function of the accelerometer and arg (z) the argument of the complex number z. Consequently, one can see the signals A x (t), A y (t) according to A x (t) = U x (t) / | H (j 2 π f x ) |, A y (t) = U y (t) / | H (j 2 π f y ) | (320a, b) determine and thus calculate the rotor position according to (290) or (300).
    [0056] Diebisher beschriebene Bestromung des Motors 1 führt im allgemeinengemäß (180)zu einer zusätzlichen „vibrationsartigen" Drehbewegung, die dereigentlich gewünschtenDrehbewegung des Rotors 2 überlagert ist. Bei hinreichendkleinen Ix0, Iy0 ist diesnicht nachteilig. Eine weitere Reduzierung dieser zusätzlichen überlagertenDrehbewegung, das heißtTestbewegung, ist in vorteilhafter Weise dadurch erreichbar, dassman Ix0 =0 (330a)wählt undversucht, θx = θ (330)anzunähern. Indiesem Fall kann die Rotorlage θ allerdingsnicht mehr nach (190d) oder (200a–e) (für Pulsmuster PM2 oder PM3)bzw. (290) oder (300) (für „Frequenzmultiplex" gemäß (250a,b) bzw. (260a, b)) bestimmt werden, weil man dabei unbestimmte Ausdrücke derArt 0/0 auswerten müsste. Mankann in diesem Fall aber θx mit einem Regelkreises so nachführen, dassman die Größe cα iy nach (200c)(für PulsmusterPM2 oder PM3) bzw. das Signal Ay(t) nach(280) oder Uy(t) nach (310a) (für „Frequenzmultiplex" gemäß (250a,b) bzw. (260a, b)) zu Null regelt. Die Rotorlage θ erhält man dannaus (330b).The previously described energization of the engine 1 In general, according to (180) results in an additional "vibration-like" rotational movement, the actually desired rotational movement of the rotor 2 is superimposed. At sufficiently small I x0 , I y0 this is not detrimental. A further reduction of this additional superimposed rotational movement, that is, test movement, is advantageously achievable by the fact that one I x0 = 0 (330a) chooses and tries θ x = θ (330) to approach. In this case, however, the rotor position θ can no longer be determined according to (190d) or (200a-e) (for pulse pattern PM2 or PM3) or (290) or (300) (for "frequency multiplexing" according to (250a, b) or ( 260a, b)), because one would have to evaluate indefinite expressions of the type 0/0, but in this case one can track θ x with a control loop so that the size c α iy can be compared with (200c) (for pulse pattern PM2 or PM3) or the signal A y (t) to (280) or U y (t) according to (310a) (for "frequency multiplexing" according to (250a, b) and (260a, b)) to zero. The rotor position θ is then obtained from (330b).
    [0057] Daserfindungsgemäße Verfahren,das vorstehend fürrotatorische Elektromotoren beschrieben wurde, ist analog auch beiLi nearmotoren anwendbar. Auch in diesem Fall ermöglicht das Verfahren insbesonderebeim Anfahrvorgang eine Bestimmung der Lage des beweglichen Teilsdes Motors ohne absolute sowie ohne inkrementale Ortsmessung.Theinventive method,the above forRotary electric motors has been described is analogous toLi near motors applicable. Also in this case, the method allows in particularduring the starting process, a determination of the position of the movable partof the motor without absolute and without incremental position measurement.
    权利要求:
    Claims (22)
    [1]
    Verfahren zur Bestimmung der Winkellage (θ) eineseine Polpaarzahl aufweisenden Rotors (2) eines Elektromotors(1), mit folgenden Schritten: • Bestromung mindestens einerStatorwicklung (7) des Elektromotors (1) mit einemPulsmuster (PM1, PM2, PM3) einer Pulsdauer (T) derart, dass derRotor (2) währendder Pulsdauer (T) um nicht mehr als 90° geteilt durch die Polpaarzahlrotiert, • Erfassungder durch die Bestromung der mindestens einen Statorwicklung (7)bewirkten Winkelbeschleunigung (α)des Rotors (2), • Ermittlungder Winkellage (θ)des Rotors (2) mittels des Zusammenhangs zwischen der Bestromungder Statorwicklung (7) und der Winkelbeschleunigung (α) des Rotors(2).Method for determining the angular position (θ) of a rotor having a pole pair number ( 2 ) of an electric motor ( 1 ), with the following steps: current supply to at least one stator winding ( 7 ) of the electric motor ( 1 ) having a pulse pattern (PM1, PM2, PM3) of a pulse duration (T) such that the rotor ( 2 ) during the pulse duration (T) is rotated by not more than 90 ° divided by the number of pole pairs, • detection by the energization of the at least one stator winding ( 7 ) caused angular acceleration (α) of the rotor ( 2 ), Determination of the angular position (θ) of the rotor ( 2 ) by means of the relationship between the energization of the stator winding ( 7 ) and the angular acceleration (α) of the rotor ( 2 ).
    [2]
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass die Messung der Winkelbeschleunigung (α) des Rotors (2) durchErzeugung einer physikalisch von der Winkelbeschleunigung (α) abhängigen Messgröße, ohneinkrementale Ortsbestimmung sowie ohne Geschwindigkeitsmessung,erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the measurement of the angular acceleration (α) of the rotor ( 2 ) by generating a physically dependent on the angular acceleration (α) measured variable, without incremental location determination and without speed measurement occurs.
    [3]
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Bestromung der Statorwicklungen (7) durch linearvoneinander unabhängige,jeweils ein Bestromungsmuster (BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) aufweisende Komponenten (ix,iy) erfolgt.A method according to claim 1 or 2, characterized in that the energization of the stator windings ( 7 ) by linearly independent, each a Bestromungsmuster (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ) having components (i x , i y ) is carried out.
    [4]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Rotor (2) während derPulsdauer (T) um nicht mehr als 2° rotiert.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the rotor ( 2 ) during the pulse duration (T) does not rotate by more than 2 °.
    [5]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Rotor (2) zu Beginn der Bestimmung dessen Winkellage(θ) inRuhe ist.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor ( 2 ) at the beginning of the determination whose angular position (θ) is at rest.
    [6]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,dass der Rotor (2) bereits zu Beginn der Bestimmung dessenWinkellage (θ)rotiert.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the rotor ( 2 ) already rotated at the beginning of the determination of its angular position (θ).
    [7]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass die Komponenten (ix, iy)des Pulsmusters (PM1, PM2, PM3) innerhalb der Pulsdauer (T) zeitlichversetzte Bestromungsmuster (BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) aufweisen.Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that the components (i x , i y ) of the pulse pattern (PM1, PM2, PM3) within the pulse duration (T) temporally offset Bestromungsmuster (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ).
    [8]
    Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,dass die Bestromung der Statorwicklungen (7) durch zweizueinander orthogonale Komponenten (ix,iy) erfolgt.A method according to claim 7, characterized in that the energization of the stator windings ( 7 ) by two mutually orthogonal components (i x , i y ).
    [9]
    Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,dass die Bestromungsmuster (BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) der verschiedenen Komponenten (ix, iy) gleichartigsind.Method according to claim 7 or 8, characterized in that the energizing patterns (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ) of the different components (i x , i y ) are similar.
    [10]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet,dass ein Bestromungsmuster (BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) eine Bestromungsphase, innerhalb welcherdie Komponente (ix, iy)von Null verschieden ist, sowie eine bestromungsfreie Phase aufweist.Method according to one of claims 7 to 9, characterized in that a Bestromungsmuster (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ) an energization phase , within which the component (i x , i y ) of zero is different, and has a Bestromungsfreie phase.
    [11]
    Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,dass eine Bestromungsphase einer der Komponenten (ix,iy) des Pulsmusters (PM1, PM2, PM3) innerhalbeiner bestromungsfreien Phase einer anderen Komponente (iy, ix) desselbenPulsmusters (PM1, PM2, PM3) liegt.A method according to claim 10, characterized in that a Bestromungsphase one of the components (i x , i y ) of the pulse pattern (PM1, PM2, PM3) within an energization-free phase of another component (i y , i x ) the same pulse pattern (PM1, PM2 , PM3).
    [12]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass beide Komponenten (ix, iy)des Pulsmusters (PM1, PM2, PM3) synchron verlaufen, jedoch unterschiedlicheBestromungsmuster (BM1x, BM1y,BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) aufweisen.Method according to one of claims 3 to 6, characterized in that both components (i x , i y ) of the pulse pattern (PM1, PM2, PM3) are synchronous, but different energization patterns (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ).
    [13]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet,dass ein Bestromungsmuster (BM1x, BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) Abschnitte unterschiedlichen Vorzeichensder Komponente (ix, iy)derart aufweist, dass damit keine bleibende Veränderung der Winkellage (θ) des Rotors(2) bewirkt wird.Method according to one of claims 3 to 12, characterized in that a Bestromungsmuster (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ) sections of different sign of the component (i x , i y ) such that so that no permanent change in the angular position (θ) of the rotor ( 2 ) is effected.
    [14]
    Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,dass sich innerhalb eines Bestromungsmuster (BM1x,BM1y, BM2x, BM2y, BM3x, BM3y) zeitlich vor und nach einem zentralenAbschnitt, in welchem die Komponente (ix,iy) ein erstes Vorzeichen aufweist, jeweilsein Randabschnitt anschließt, inwelchem die Komponente (ix, iy)das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist.A method according to claim 13, characterized in that within a Bestromungsmuster (BM 1x , BM 1y , BM 2x , BM 2y , BM 3x , BM 3y ) temporally before and after a central portion in which the component (i x , i y ) has a first sign, in each case an edge section adjoins, in which the component (i x , i y ) has the opposite sign.
    [15]
    Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,dass der Betrag des Maximalstroms (+Ix0,+Iy0) der Komponente (ix,iy) im zentralen Abschnitt dem Betrag desMaximalstrom im Randabschnitt entspricht.A method according to claim 14, characterized in that the amount of the maximum current (+ I x0 , + I y0 ) of the component (i x , i y ) in the central portion corresponds to the amount of the maximum current in the edge portion.
    [16]
    Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,dass die Randabschnitte jeweils die selbe zeitliche Dauer (T1) haben und diese Dauer jeweils die Hälfte derDauer (2 T1) des zentralen Abschnitts beträgt.A method according to claim 15, characterized in that the edge portions each have the same time duration (T 1 ) and this duration is in each case half the duration (2 T 1 ) of the central portion.
    [17]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet,dass sich das Pulsmuster (PM1, PM2, PM3) periodisch wiederholt.Method according to one of claims 1 to 16, characterizedthe pulse pattern (PM1, PM2, PM3) repeats periodically.
    [18]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass das Pulsmuster (PM1, PM2, PM3) einen Rechteckimpuls umfasst.Method according to one of claims 1 to 17, characterizedthe pulse pattern (PM1, PM2, PM3) comprises a square pulse.
    [19]
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet,dass das Pulsmuster (PM1, PM2, PM3) einen sinusförmigen Stromverlauf aufweist.Method according to one of claims 1 to 17, characterizedthe pulse pattern (PM1, PM2, PM3) has a sinusoidal current profile.
    [20]
    Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage eineseine Polpaarzahl aufweisenden Rotors (2) eines Elektromotors(1), mit • Statorwicklungen(7), welche zur Beaufschlagung mit einem Pulsmuster (PM1,PM2, PM3) einer Pulsdauer (T) vorgesehen sind, • einem zurErfassung der durch die Bestromung der Statorwicklungen (7)bewirkten Winkelbeschleunigung (α)des Rotors (2) vorgesehenen Beschleunigungssensor (6), • einer mitden Statorwicklungen (7) sowie mit dem Beschleunigungssensor(6) zusammenwirkenden Auswerteeinheit (8), zurDurchführungeines Verfahrens nach einem der Ansprüche bis 18.Device for determining the angular position of a rotor having a number of pole pairs ( 2 ) of an electric motor ( 1 ), with • stator windings ( 7 ), which are provided for the application of a pulse pattern (PM1, PM2, PM3) of a pulse duration (T), • one for the detection of the current through the stator windings ( 7 ) caused angular acceleration (α) of the rotor ( 2 ) provided acceleration sensor ( 6 ), • one with the stator windings ( 7 ) as well as with the acceleration sensor ( 6 ) cooperating evaluation unit ( 8th ), for carrying out a method according to any one of claims to 18.
    [21]
    Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,dass als Beschleunigungssensor (6) ein Ferraris-Sensorvorgesehen ist.Device according to claim 19, characterized in that as acceleration sensor ( 6 ) a Ferraris sensor is provided.
    [22]
    Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet,dass der Rotor (2) als Permanentmagnet-Rotor ausgebildetist.Device according to claim 19 or 20, characterized in that the rotor ( 2 ) is designed as a permanent magnet rotor.
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    优先权:
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