包括具有干擾場補償?shù)霓D(zhuǎn)子位置檢測的電子換向電動的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電子換向電動機。所述電子換向電動機具有尤其永磁性構(gòu)造的轉(zhuǎn)子和定子。所述電動機還具有與定子連接的控制單元?？刂茊卧粯?gòu)造來給所述定子通電，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。根據(jù)本發(fā)明，所述電動機具有至少一個霍爾傳感器，所述至少一個霍爾傳感器被構(gòu)造用于檢測由與所述轉(zhuǎn)子連接的探測磁體產(chǎn)生的探測磁場的至少一個量值，并且具有至少一個磁阻傳感器，其被構(gòu)造用于在所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間檢測總磁場的定向并且產(chǎn)生代表所述定向的轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述總磁場包括所述探測磁場和對所述探測磁場進行疊加的干擾磁場。所述控制單元被構(gòu)造用于至少根據(jù)所述總磁場的定向、所述探測磁場的至少一個先前存儲的量值和由所述電動機的電部件產(chǎn)生的干擾磁場的量值和定向來確定所述轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。
【專利說明】包括具有干擾場補償?shù)霓D(zhuǎn)子位置檢測的電子換向電動機
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電子換向電動機。所述電子換向電動機具有尤其永磁性構(gòu)造的轉(zhuǎn)子和定子。所述電動機還具有與定子連接的控制單元。控制單元被構(gòu)造來給定子通電，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。
【背景技術】
[0002]在由現(xiàn)有技術已知的電動機中，已知用于檢測轉(zhuǎn)子位置的霍爾傳感器，其中可以根據(jù)轉(zhuǎn)子位置操控電動機，用于使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)運動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)本發(fā)明，電動機具有至少一個霍爾傳感器，其被構(gòu)造用于尤其是在定子的無電流狀態(tài)中檢測由與轉(zhuǎn)子連接的探測磁體(Gebermagnet)產(chǎn)生的探測磁場的至少一個量值。進一步優(yōu)選地，電動機具有至少一個磁阻傳感器，所述至少一個磁阻傳感器被構(gòu)造用于在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間檢測總磁場的定向并且產(chǎn)生代表所述定向的轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述總磁場包括探測磁場和對該探測磁場進行疊加的干擾磁場。
[0004]控制單元在輸入側(cè)與轉(zhuǎn)子位置傳感器連接?？刂茊卧粯?gòu)造用于，至少根據(jù)總磁場的定向、探測磁場的至少一個先前存儲的量值和至少由電動機的電部件產(chǎn)生的干擾磁場的量值和定向來確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子位置。因此，可以有利地以向量方式確定探測磁場的精確定向，用于轉(zhuǎn)子位置確定。
[0005]磁場的量值優(yōu)選是磁場的磁通量密度的量值。
[0006]所述磁阻傳感器例如是CMR 感應器(CMR=Colossal-Magneto-Resistive,龐磁阻)、AMR 傳感器(AMR=Aniotrope-Magneto-Resistive,各向異性磁阻)、GMR 傳感器(GMR=Giant-Magneto-Resistive,巨磁阻)或 TMR 傳感器(TMR=Tunnel-Magneto-Resistive,隧穿磁阻)。下面,磁阻傳感器的轉(zhuǎn)子位置信號也稱作XMR轉(zhuǎn)子位置信號。
[0007]為此，例如可以以干擾磁場向量、尤其是以復數(shù)形式的向量指針的形式將干擾磁場存儲在控制單元的存儲器中。進一步優(yōu)選地，可以在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間、尤其在定子的無電流狀態(tài)中由霍爾傳感器檢測探測磁場的量值或附加地檢測探測磁場的定向并且以探測磁場向量的形式存儲在存儲器中。在電動機運行期間、尤其是電動機的通電運行狀態(tài)期間，于是可以借助磁阻傳感器檢測先前提到的總磁場定向?？偞艌鲈诖舜碛筛蓴_磁場疊加的探測磁場。
[0008]控制單元優(yōu)選被構(gòu)造用于，借助向量加法根據(jù)總磁場的定向和干擾磁場的定向和量值和先前存儲的探測磁場量值來確定探測磁場的定向。
[0009]在一個優(yōu)選的實施方式中，電動機具有至少一個其他霍爾傳感器。所述其他霍爾傳感器被構(gòu)造用于，檢測轉(zhuǎn)子位置并且產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)子位置的其他轉(zhuǎn)子位置信號，所述其他轉(zhuǎn)子位置信號代表探測磁場的至少一個量值或附加地代表探測磁場的定向。[0010]優(yōu)選所述霍爾傳感器和其他霍爾傳感器在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向上彼此錯開地布置。進一步優(yōu)選地，所述霍爾傳感器和其他霍爾傳感器在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向上彼此正交地錯開布置。通過所述霍爾傳感器的錯開布設置或正交錯開的布置，只要轉(zhuǎn)子位置信號在正弦形構(gòu)造的情況下可以在一時刻被分析處理，在所述時刻，相應的轉(zhuǎn)子位置信號具有最大時間變化，就可以有利地更精確地檢測轉(zhuǎn)子位置。
[0011]當磁阻傳感器的檢測范圍僅是半個轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)、尤其是180度時，借助霍爾傳感器，可以有利地使磁阻傳感器的檢測范圍擴展到完整的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)、尤其是360度。
[0012]進一步有利地，可以以磁通量密度、尤其是探測磁場的磁通量密度的量值的檢測來補充磁阻傳感器的角度檢測。
[0013]霍爾傳感器例如是線性檢測霍爾傳感器，其被構(gòu)造用于，產(chǎn)生模擬的輸出信號。
[0014]在一種優(yōu)選的實施方式中，所述霍爾傳感器和/或其他霍爾傳感器是溫度補償霍爾傳感器，其中所述溫度補償霍爾傳感器被構(gòu)造用于，與溫度補償霍爾傳感器的溫度無關地產(chǎn)生尤其是數(shù)字的霍爾信號作為輸出信號。數(shù)字霍爾信號例如是脈寬調(diào)制信號或SPI信號(SPI=Serial-Peripherial-1nterface,串行外圍接口)。因此可以有利地與溫度無關地產(chǎn)生轉(zhuǎn)子位置，使得即使在電動機加熱時或在電動機運行時在小于零攝氏度的負溫度情況下也可以有利地實現(xiàn)準確的轉(zhuǎn)子位置確定。
[0015]優(yōu)選地，霍爾傳感器是線性檢測霍爾傳感器，所述線性檢測霍爾傳感器被構(gòu)造用于，產(chǎn)生模擬的輸出信號并且所述其他霍爾傳感器是溫度補償霍爾傳感器，所述溫度補償霍爾傳感器被構(gòu)造用于，產(chǎn)生數(shù)字的輸出信號?；魻杺鞲衅鞯妮敵鲂盘柗謩e代表量值、尤其是由霍爾傳感器檢測的探測磁場的磁通量密度的量值。
[0016]控制單元優(yōu)選被構(gòu)造用于，由霍爾傳感器和其他霍爾傳感器的轉(zhuǎn)子位置信號產(chǎn)生總霍爾信號，并且根據(jù)總霍爾信號確定探測磁場、尤其是探測磁場的量值和定向。所述總霍爾信號優(yōu)選是正交信號，其中在正交信號的情況下，霍爾傳感器和其他霍爾傳感器在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向上彼此正交地彼此錯開地布置。
[0017]借助正交的布置，可以有利地借助控制單元實現(xiàn)特別精確的轉(zhuǎn)子位置檢測。進一步優(yōu)選地，控制單元可以在電動機的運行期間根據(jù)XMR轉(zhuǎn)子位置信號或附加地根據(jù)總霍爾信號確定轉(zhuǎn)子位置。因此，可以有利地借助總霍爾信號來構(gòu)成附加的轉(zhuǎn)子位置檢測，所述附加的轉(zhuǎn)子位置檢測借助磁阻傳感器冗余地補充轉(zhuǎn)子位置檢測。
[0018]在電動機的一種優(yōu)選的實施方式中，控制單元被構(gòu)造用于，根據(jù)總霍爾信號、尤其是正交信號確定總磁場的定向或附加地確定總磁場的量值。因此，可以有利地借助兩個彼此不同的傳感器類型來檢測總磁場并且改善轉(zhuǎn)子位置的檢測精度。
[0019]優(yōu)選地，溫度補償霍爾傳感器具有相應于控制單元的運行電壓的運行電壓。因此，電動機有利地不需要有電壓轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生用于霍爾傳感器的單獨的運行電壓。
[0020]本發(fā)明還涉及一種用于運行電子換向電動機、尤其是先前描述類型的電動機的方法。
[0021]在用于運行電子換向電動機的方法中，借助霍爾傳感器，尤其在定子的無電流狀態(tài)中檢測和存儲由與轉(zhuǎn)子連接的探測磁體產(chǎn)生的探測磁場的至少一個量值。此外，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間借助磁阻傳感器檢測總磁場的定向并且產(chǎn)生代表所述定向的轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述總磁場包括探測磁場和對所述探測磁場進行疊加的干擾磁場，其中根據(jù)檢測的總磁場定向、先前存儲的探測磁場量值和由電動機的電部件產(chǎn)生的干擾磁場的量值和定向以向量方式確定探測磁場的定向。
[0022]優(yōu)選地，在所述方法中，借助其他霍爾傳感器檢測探測磁場和產(chǎn)生其他霍爾信號。由所述霍爾信號和其他霍爾信號構(gòu)成總霍爾信號，所述總霍爾信號代表探測磁場。
[0023]優(yōu)選地，所述總霍爾信號是代表兩個彼此移相90度的霍爾信號的正交信號。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]現(xiàn)在下面根據(jù)圖和其他實施例描述本發(fā)明。其他有利的實施變型方案由從屬權(quán)利要求的特征和由對于圖描述的特征得出。
[0025]圖1示出用于電子換向電動機的實施例，其中可以消除在轉(zhuǎn)子位置檢測時的干擾磁場；
圖2示出軌跡，其中示出干擾磁場和探測磁體的場和在計算上消除干擾場用于確定探測磁體的磁場的原理；
圖3示出用于運行電子換向電動機的方法的示例。
【具體實施方式】
[0026]圖1不出用于電子換向電動機I的實施例。電子換向電動機I具有尤其是永磁性構(gòu)造的轉(zhuǎn)子5。轉(zhuǎn)子5可圍繞旋轉(zhuǎn)軸線10旋轉(zhuǎn)地安放。轉(zhuǎn)子5具有與轉(zhuǎn)子5連接的探測磁場6，所述探測磁場被布置，使得可以由至少一個霍爾傳感器(在本實施例中是霍爾傳感器14和16)檢測由探測磁體6產(chǎn)生的探測磁場?；魻杺鞲衅?4例如是線性檢測模擬霍爾傳感器，霍爾傳感器16例如是溫度補償霍爾傳感器，所述溫度補償霍爾傳感器被構(gòu)造用于產(chǎn)生尤其是數(shù)字的輸出信號，所述數(shù)字的輸出信號代表由霍爾傳感器16檢測的磁場的磁通量密度。
[0027]電動機I還具有定子3。定子3具有定子線圈，在本實施例中是三個定子線圈7、8和9。定子線圈7、8和9分別具有第一和第二連接端，其中定子線圈7、8和9的第二連接端與共同的星形接點連接端11彼此電連接。
[0028]定子線圈7利用其第一連接端借助連接線路43與電動機I的功率輸出級18的輸出端連接。定子線圈8利用其第一連接端借助連接線路44與功率輸出級18的所述輸出端連接。定子線圈9利用其第一連接端借助連接線路45與功率輸出級18的所述輸出端連接。功率輸出級18例如對于定子的每個定子線圈具有兩個晶體管半橋。還可考慮B6晶體管橋作為功率輸出級。晶體管例如分別是IGBT晶體管(IGBT=Insulated-Gate-Bipolar-Transistor:絕緣柵雙極晶體管)或FET晶體管(FET=Feld-Effekt-Transistor:場效應晶體管)，尤其是 MIS-FET 晶體管(MIS=Metal-1nsulated_Semiconductor:金屬絕緣半導體)。
[0029]電動機I還具有處理單元20，所述處理單元在輸出側(cè)通過多通道連接30與功率輸出級18連接。處理單元20被構(gòu)造用于通過用于對定子線圈7、8和9通電的連接30如此操控功率輸出級18，使得借助定子線圈7、8和9可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，用于使轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)運動。
[0030]電動機I還具有磁阻傳感器12，所述磁阻傳感器(通過虛線示出地)與轉(zhuǎn)子5旋轉(zhuǎn)連接。磁阻傳感器12被構(gòu)造用于檢測轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子位置、尤其是轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子角度位置并且產(chǎn)生代表轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子位置的XMR轉(zhuǎn)子位置信號，并且在輸出側(cè)通過連接線路42向處理單元20發(fā)送該XMR轉(zhuǎn)子位置信號。為此，磁阻傳感器12通過連接線路42與處理單元20連接。
[0031]霍爾傳感器14在輸出側(cè)通過連接線路38與處理單元20連接?；魻杺鞲衅?6在輸出側(cè)通過連接線路40與處理單元20連接。
[0032]現(xiàn)在，下面闡述電動機I的工作原理:
在電動機I的運行期間，由電部件、例如由電動機的連接線路32、34和36產(chǎn)生干擾磁場，所述干擾磁場與探測磁體6的磁場疊加。霍爾傳感器14和16分別被構(gòu)造用于，檢測探測磁體6的磁場并且產(chǎn)生相應的轉(zhuǎn)子位置信號。連接單元20被構(gòu)造用于，在定子線圈7、8和9的未通電的狀態(tài)的時刻分析處理霍爾傳感器14和16的轉(zhuǎn)子位置信號并且確定和存儲探測磁場的量值、尤其是探測磁場的磁通量密度的量值。探測磁場的通量密度的確定可以在應用用于復數(shù)指針的計算規(guī)則的情況下通過處理單元20實現(xiàn)。
[0033]為此，處理單元20可以具有存儲器22或與該存儲器連接。
[0034]在所述實施例中，存儲器22儲存干擾磁場24的量值和定向。例如根據(jù)計算模型確定干擾磁場24。
[0035]存儲器22在所述實施例中還儲存數(shù)據(jù)組26。數(shù)據(jù)組26代表探測磁體6的由霍爾傳感器14和16檢測的磁場的量值。處理單元22可以例如根據(jù)由霍爾傳感器14和16的轉(zhuǎn)子位置信號構(gòu)成的正交信號確定探測磁場的量值。
[0036]處理單元20被構(gòu)造用于，在電動機I的運行期間，根據(jù)由磁阻傳感器12檢測的總場、尤其是總場的定向來確定轉(zhuǎn)子5的轉(zhuǎn)子位置，其中處理單元20被構(gòu)造用于，借助向量加法從由數(shù)據(jù)組24代表的干擾場向量和先前存儲的探測磁場量值來確定探測磁體6的探測磁場的定向，用于確定轉(zhuǎn)子位置。
[0037]有利地，所述霍爾傳感器14和16中的至少一個是溫度補償霍爾傳感器。
[0038]下面，尤其是干擾場和探測磁體6的磁場的先前提到的向量在圖2中以復數(shù)平面中的軌跡示出。
[0039]圖2示出軌跡50，其中在橫坐標52上繪出在圖1中提到的磁場向量的實部并且在縱坐標54上繪出在對圖1的描述中提到的磁場向量的虛部。復數(shù)平面中向量的角度相應于轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子角度，復數(shù)平面中向量的完整回轉(zhuǎn)相應于轉(zhuǎn)子的完整轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)。
[0040]向量56代表圖1中所示的探測磁體的磁場，尤其是探測磁體的磁場的磁通量密度。向量58代表圖1中所提到的干擾場的磁場。向量56’代表以平行移動的方式置放到向量58的末端的向量56?？倛龅姆较?0從坐標系的原點開始,所述方向可以由圖1中所示的磁阻傳感器12檢測。如果向量56的量值已知，從而當代表干擾磁場的干擾向量58的定向和量值已知時，可以借助向量58和平行移動的向量56’的向量加法根據(jù)總磁場的定向60和向量56的量值確定向量56的定向。
[0041]還示出代表圖1中的探測磁體6的磁場的不精確檢測的量值的向量59。
[0042]如果借助霍爾傳感器不精確地檢測探測磁場的向量的量值，則從而根據(jù)先前描述的尤其是按照用于復數(shù)指針的計算規(guī)則的向量計算，得出通過向量59的定向代表的錯誤的探測磁場定向。
[0043]有利地，由圖1中的用于精確確定探測磁場的向量56的處理單元20，由霍爾傳感器14和16的轉(zhuǎn)子位置信號構(gòu)成正交信號。進一步有利地，為了精確地確定向量56，所述霍爾傳感器14和16中的至少一個可以是溫度補償霍爾傳感器。
[0044]圖3示出用于運行電子換向電動機的方法70。在步驟72中，確定至少通過電動機的電部件引起的干擾場并且產(chǎn)生代表干擾場的干擾場向量。在步驟73中，檢測與電動機的轉(zhuǎn)子連接的探測磁體的探測磁場并且產(chǎn)生和存儲代表探測磁場、至少是探測磁場量值的向量。在步驟74中，檢測總磁場，所述總磁場包括探測磁場和對探測磁場進行疊加的干擾磁場。
[0045]在步驟75中，根據(jù)在步驟74中檢測的總磁場、尤其是總磁場方向和在步驟72和43中檢測和存儲的向量確定探測磁場方向。
[0046]在步驟76中，根據(jù)轉(zhuǎn)子位置操控電動機用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其相應于在步驟75中確定的探測磁場方向。
【權(quán)利要求】
1.電子換向電動機(I)，具有尤其永磁性構(gòu)造的轉(zhuǎn)子(5)和定子(3)并且具有與所述定子(3 )連接的控制單元(20 )，所述控制單元被構(gòu)造來給所述定子(3 )通電，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，其特征在于， 所述電動機(I)具有至少一個霍爾傳感器(14，16)，所述至少一個霍爾傳感器被構(gòu)造用于檢測由與所述轉(zhuǎn)子(5)連接的探測磁體(6)產(chǎn)生的、磁場(56)的至少一個量值并且產(chǎn)生代表所述磁場(56)的轉(zhuǎn)子位置信號，并且所述電動機(I)具有至少一個磁阻傳感器(12)，所述至少一個磁阻傳感器被構(gòu)造用于，在所述轉(zhuǎn)子(5)的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間檢測總磁場(60)的定向并且產(chǎn)生代表所述定向的轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述總磁場(60)包括所述探測磁場(56)和對所述探測磁場進行疊加的、至少由所述電動機的電部件產(chǎn)生的干擾磁場(58)，并且所述控制單元(20)在輸入側(cè)與轉(zhuǎn)子位置傳感器(14，16，12)連接并且被構(gòu)造用于，根據(jù)所述總磁場(60)的定向、所述探測磁場(56)的至少一個先前存儲的量值和所述干擾磁場(58)的量值和定向來確定所述轉(zhuǎn)子(5)的轉(zhuǎn)子位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機(I)，其特征在于，所述電動機(I)具有至少一個其他霍爾傳感器(16)，所述至少一個其他霍爾傳感器被構(gòu)造用于，檢測所述探測磁場(56)并且產(chǎn)生代表所述轉(zhuǎn)子位置的其他轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述霍爾傳感器(14)和所述其他霍爾傳感器(16)在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向上彼此錯開地布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機(I)，其特征在于，所述霍爾傳感器(14)和所述其他霍爾傳感器(16)在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向上彼此正交錯開地布置。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述霍爾傳感器(14)和/或所述其他霍爾傳感器(16)是溫度補償霍爾傳感器，所述溫度補償霍爾傳感器被構(gòu)造用于，與所述溫度補償霍爾傳感器的溫度無關地產(chǎn)生尤其是數(shù)字的霍爾信號。
5.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述控制單元(20)被構(gòu)造用于，由所述霍爾傳感器(14)和所述其他霍爾傳感器(16)的所述轉(zhuǎn)子位置信號產(chǎn)生總霍爾信號、尤其是正交信號并且`根據(jù)所述總霍爾信號確定所述探測磁場、尤其是所述探測磁場的量值和定向。
6.根據(jù)以上權(quán)利要求2至4中任一項所述的電動機(I)，其特征在于，所述控制單元(20)被構(gòu)造用于，根據(jù)所述總霍爾信號、尤其是正交信號確定所述總磁場的定向或附加地確定所述總磁場的量值。
7.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的電動機(1)，其特征在于，所述溫度補償霍爾傳感器具有相應于所述控制單元的運行電壓的運行電壓。
8.用于運行電子換向電動機(I)、尤其是根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的電動機的方法(70)，其中借助霍爾傳感器(14，16)，尤其在定子(3)的無電流狀態(tài)中檢測和存儲由與轉(zhuǎn)子(5)連接的探測磁體(6)產(chǎn)生的探測磁場(56)的至少一個量值， 以及在所述轉(zhuǎn)子(5)的轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)期間借助磁阻傳感器(12)檢測總磁場(60)的定向并且產(chǎn)生代表所述定向的轉(zhuǎn)子位置信號，其中所述總磁場(60)包括所述探測磁場(56)和對所述探測磁場(56)進行疊加的至少由所述電動機(I)的電部件產(chǎn)生的干擾磁場(58)， 其中根據(jù)檢測的總磁場(60)的定向、先前存儲的探測磁場量值和干擾磁場的量值和定向以向量方式確定所述探測磁場(56)的定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中借助其他霍爾傳感器(16)檢測所述探測磁場(56)并且產(chǎn)生其他霍爾信號，并且由所述霍爾信號和所述其他霍爾信號構(gòu)成代表所述探測磁場(56)的總霍爾信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求 9所述的方法，其中所述總霍爾信號是正交信號。
【文檔編號】H02K11/00GK103444059SQ201280017654
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月11日
【發(fā)明者】A.夏鮑德, M.弗里, S.芬克, F.薩德, M.福格爾 申請人:羅伯特·博世有限公司