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DE60319041T2 - Vorrichtung zur Steuerung eines elektronischen kommutierten Motor mit winkelverteilten Singularitäten - Google Patents

Vorrichtung zur Steuerung eines elektronischen kommutierten Motor mit winkelverteilten Singularitäten Download PDF

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DE60319041T2
DE60319041T2 DE60319041T DE60319041T DE60319041T2 DE 60319041 T2 DE60319041 T2 DE 60319041T2 DE 60319041 T DE60319041 T DE 60319041T DE 60319041 T DE60319041 T DE 60319041T DE 60319041 T2 DE60319041 T2 DE 60319041T2
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DE
Germany
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encoder
rotor
switching
signals
motor
Prior art date
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Application number
DE60319041T
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DE60319041D1 (de
Inventor
Pascal Desbiolles
Christophe Duret
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NTN Europe SA
Original Assignee
Societe Nouvelle de Roulements SNR SA
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Publication of DE60319041T2 publication Critical patent/DE60319041T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/52Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with devices affected by abnormal or undesired conditions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02K29/08Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors
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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung eines Elektromotors des Typs mit elektronischer Umschaltung, mit N Polpaaren und P Phasen, ein Wälzlager und einen mit einer solchen Vorrichtung ausgerüsteten Motor, sowie ein Steuerverfahren eines solchen Motors.
  • Die Motoren mit elektronischer Umschaltung oder brushless Motoren können aufgrund ihrer hohen Leistungskonstante für die Steuerung der Drehung eines mechanischen Organs in vielen Anwendungen eingesetzt werden.
  • Ein besonderes Beispiel einer solchen Anwendung ist die Unterstützung bei der Lenkung von Kraftfahrzeugen durch ein Servolenkungssystem elektrischer Art.
  • Im Rahmen dieser Anwendung ist es notwendig, die Umschaltung des Stroms in den Phasen dieser Motoren präzise zu steuern, um ein optimales Kraftmoment zu erzielen.
  • Es ist bekannt, eine Steuervorrichtung einzusetzen, die einen mit P empfindlichen Elementen versehenen Sensor umfaßt, die gegenüber einem Codierer angeordnet sind, der N Polpaare umfaßt, wobei der besagte Codierer vom Motor in Drehung versetzt wird.
  • Wenn im Fall eines brushless GS Motors mit drei Phasen vorgesehen ist, daß die drei empfindlichen Elemente zueinander um einen mechanischen Winkel phasenverschoben sind, was ermöglicht, drei elektrische Umschaltsignale zu liefern, die um elektrische 120° phasenverschoben sind, kann die Umschaltung zwischen den Phasen des Motors gesteuert werden.
  • Diese Art Lösung läßt jedoch bei der Bestimmung der Umschaltmomente des Stroms in den Phasen nur eine begrenzte Präzision zu.
  • Bei den bekannten Steuervorrichtungen hängt die Präzision der Umschaltsignale in der Tat von den Toleranzen bei der Ausführung und der Magnetisierung der magnetischen Codierer und derjenigen der Positionierung der empfindlichen Elemente auf ihrem Träger ab, wobei diese beiden Faktoren nur mit nicht bei null liegenden Toleranzen erzielt werden können.
  • Folglich beträgt aufgrund dieser Toleranzen die Präzision der Phasenverschiebung zwischen den Umschaltsignalen nicht genau elektrische 120°, was unerwünschte Modulationen des vom Motor gelieferten Kraftmoments herbeiführt.
  • Zur Lösung dieses Problems sind Steuervorrichtungen vorgeschlagen worden, die einen zweiten Sensor von der Art „Resolver" umfassen, mit dem die absolute Position des Rotors erfahren werden kann, um die Präzision der Steuerung des Motors zu verbessern.
  • Diese Lösungsart ist jedoch nicht zufriedenstellend, da sie aufgrund des Platzbedarfs der Sensoren von der Art „Resolver" Auflagen bei der mechanischen Einbindung mit sich bringt. Außerdem kommt noch die Schwierigkeit hinzu, die aus dem Resolver kommenden analogen Signale zu einem Demodulator zu transportieren, der die absolute Position des Rotors berechnet.
  • Zur Abhilfe insbesondere von diesem Nachteil wird mit der Erfindung eine Steuervorrichtung vorgeschlagen, die ein Signal der absoluten Position des Rotors dazu benutzt, die Umschaltung der Ströme in den Phasenwicklungen des Motors zu steuern, wobei die besagte absolute Position mit einer einzigen Baugruppe Sensor/Codierer erzielt wird. Außerdem kann mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung bei ihrer Inbetriebnahme die absolute Winkelposition des Rotors erzielt werden, sobald der Rotor von einem unteren Winkel zur Winkelbreite der Polpaare des Motors gedreht hat.
  • Hierzu und nach einem ersten Aspekt wird mit der Erfindung eine Steuervorrichtung eines Elektromotors des Typs mit elektronischer Umschaltung mit N Polpaaren und P Phasen vorgeschlagen, wobei die besagte Vorrichtung umfaßt:
    • – Einen Codierer, der gemeinsam mit dem Rotor des Motors in Drehung versetzt werden soll, wobei der genannte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn und eine mehrpolige „top tour" genannte Bahn umfaßt, die konzentrisch sind, wobei die genannten Bahnen jeweils N identische Sektoren umfassen, die jeweils winkelförmig über den gesamten Umfang der genannten Bahnen verteilt sind, wobei die Sektoren der Bahn „top tour" jeweils M Singularitäten umfassen, die winkelförmig verteilt sind, wobei die jede der M Singularitäten (2b1) trennenden winkelförmigen Abstände sich voneinander unterscheiden;
    • – Einen festen Sensor, der gegenüber und im Luftspaltabstand zum Codierer angeordnet ist, mit mindestens drei empfindlichen Elementen, von denen mindestens zwei gegenüber der Hauptbahn positioniert sind, um zwei elektrische, in Quadratur periodische S1, S2 Signale zu liefern, und mindestens eins gegenüber der Bahn „top tour" positioniert ist, um ein elektrisches Signal S3 zu liefern, wobei der Sensor einen elektronischen Schaltkreis umfaßt, der ab den Signalen S1, S2 und S3 zwei digitale, in Quadratur viereckige Positionssignale A, B liefert, die die Winkelposition des Rotors wiedergeben, und ein Signal „top tour" C in Form von N·M Impulsen pro Umdrehung des Codierers, wobei die M Singularitäten winkelförmig verteilt sind, so daß das Signal „top tour" C vorgesehen ist, um kombiniert mit den Signalen A und B binäre Sequenzen von einer Winkellänge kleiner als diejenige eines Sektors zu definieren, und die die absolute Winkelposition des Codierers auf einem Sektor wiedergeben;
    • – Einen Umschaltkreis der Ströme in den Phasenwicklungen des Motors, der 2·P·N Schalter umfaßt;
    • – einen Steuerkreis des Umschaltkreises, der • beim Auslesen einer binären Sequenz des Signals „top tour" C den Zustand der Umschaltlogik der Ströme in den Phasenwicklungen ermitteln kann, der der absoluten der genannten binären Sequenz zugeordneten Winkelposition entspricht; • je nach den erfaßten Positionssignalen A, B kontinuierlich den Zustand der Umschaltlogik ermitteln kann, der der Winkelposition des Rotors angepaßt ist; • Umschaltsignale der Schalter liefern kann, die dem Zustand der von dem Signal „top tour" C oder von den Positionssignalen A, B bestimmten Logik entsprechen.
  • Nach einem zweiten Aspekt wird von der Erfindung ein Wälzlager von der Art mit einem festen Ring vorgeschlagen, der mit einem festen Organ verbunden werden soll, mit einem drehbaren Ring, der von dem Rotor des Elektromotors in Drehung versetzt werden soll, und zwischen den genannten Ringen angeordnete Wälzkörper, in dem der Codierer einer solchen Vorrichtung dem drehbaren Ring zugeordnet ist.
  • Nach einem dritten Aspekt wird von der Erfindung ein Motor mit elektronischer Umschaltung ausgestattet mit einer solchen Steuervorrichtung vorgeschlagen, von der Art mit einem Rotor, der drehbar über ein solches Wälzlager montiert ist, in dem der Sensor dem festen Ring zugeordnet ist.
  • Bei einer Variante ist der Sensor der Steuervorrichtung mit einem festen Teil des Motors verbunden.
  • Bei einer anderen Ausführung ist der Codierer der Steuervorrichtung dem Rotor des Motors zugeordnet.
  • Nach einem vierten Aspekt wird von der Erfindung ein Steuerverfahren eines solchen Motors vorgeschlagen, das die nachstehenden aufeinander folgenden Schritte umfaßt:
    • – Beaufschlagung des Rotors mit einem Moment, um seine Drehung und also diejenige des Codierers auszulösen;
    • – Erfassung der ersten binären Sequenz;
    • – Ermittlung des Zustands der Umschaltlogik entsprechend der der genannten binären Sequenz zugeordneten absoluten Winkelposition;
    • – Versand der dem ermittelten Zustand entsprechenden Umschaltsignale an den Umschaltkreis;
    • – iterative Ermittlung der späteren Zustände der Umschaltlogik ab den Positionssignalen A, B;
    • – Versand der den ermittelten Zuständen entsprechenden Umschaltsignale an den Umschaltkreis.
  • Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung werden sich bei der nachfolgenden Beschreibung herausstellen, die unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Anhang gegeben wird, wobei:
  • Die 1 ist eine Ansicht der Vorderseite eines Codierers mit einer mehrpoligen Hauptbahn und einer mehrpoligen „top tour" Bahn;
  • Die 2 ist eine Ansicht eines Längsschnitts eines Wälzlagers, das mit einem Codierer wie dem auf der 1 dargestellten versehen ist;
  • Die 3 ist eine Teilansicht eines Längsschnitts eines erfindungsgemäßen Motors.
  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung eines Motors mit elektronischer Umschaltung oder eines brushless Motors mit N Polpaaren und P Phasen.
  • Diese Art eines Motors umfaßt typischerweise einen Rotor 1, der die N Paare magnetischer Pole Nord/Süd trägt, und einen Stator, der P Spulen trägt, die jeweils von einer Phasenwicklung gebildet werden, wobei der Rotor 1 auf bekannte Weise in Drehung versetzt wird, indem die elektrische Versorgung in den P Phasenwicklungen gesteuert wird.
  • Die Steuervorrichtung umfaßt einen Codierer 2, wie zum Beispiel der auf der 1 dargestellte, der eine mehrpolige Hauptbahn 2a und eine mehrpolige „top tour" genannte Bahn 2b umfaßt, die konzentrisch sind. Die Bahnen umfassen N identische Sektoren 2c, die jeweils winkelförmig über den gesamten Umfang der genannten Bahnen verteilt sind, wobei die Sektoren der Bahn „top tour" (2b) jeweils M Singularitäten 2b1 umfassen, die winkelförmig verteilt sind. Der Codierer 2 soll gemeinsam mit dem Rotor 1 eine Mehrzahl Drehungen um seine Rotationsachse ausführen.
  • Bei einem besonderen Beispiel wird der Codierer 2 aus einem mehrpoligen Magnetring gebildet, an dem eine Mehrzahl Polpaare 2d Nord und Süd in gleichen Abständen mit konstanter Winkelbreite magnetisiert sind, so daß die Hauptbahn 2a und „top tour" 2b gebildet werden, wobei eine magnetische Singularität 2b1 der Bahn „top tour" 2b aus zwei aneinander grenzenden Polen gebildet wird, deren magnetischer Übergang sich von den anderen unterscheidet.
  • Bei der auf der 1 (P = 3, N = 4) dargestellten Ausführung umfassen die zum Innern des Rings 2 angeordnete Hauptbahn 2a und die zum Äußeren des Rings 2 angeordnete Bahn „top tour" 2b 40 Polpaare 2d, die in 4 Sektoren 2c mit jeweils 10 Polpaaren verteilt sind. Die Polpaare 2d der Bahn „top tour" 2b sind im Phasenverzug um einen Wert Φ gegenüber denjenigen der Hauptbahn 2a.
  • Jeder Sektor 2c der Bahn „top tour" 2b umfaßt 3 magnetische Singularitäten 2b1, die winkelförmig mit verschiedenen Abstanden zueinander verteilt sind.
  • Jede Singularität 2b1 wird aus einem Polpaar 2d gebildet, wobei die Breite der Pole so vorgesehen ist, daß ein Pol um –Φ gegenüber dem entsprechenden Pol der Hauptbahn 2a verschoben ist. Somit entspricht jeder Impuls des Signals C der Erfassung einer Umkehr der Phasenverschiebung zwischen der Hauptbahn 2a und der Bahn „top tour" 2b.
  • Die Steuervorrichtung umfaßt ferner einen festen Sensor 3, der gegenüber und in Luftspaltabstand vom Codierer 2 angeordnet ist.
  • Der Sensor 3 umfaßt mindestens drei empfindliche Elemente, von denen mindestens zwei gegenüber der Hauptbahn 2a positioniert sind, und mindestens eines ist gegenüber der Bahn „top tour" 2b angeordnet.
  • Bei einem besonderen Beispiel werden die empfindlichen Elemente in der Gruppe gewählt, die die Hallsonden, die Feldplatten, die Riesenfeldplatten enthält.
  • Der verwendete Sensor 3 ist fähig, vermittels der empfindlichen Elemente, die gegenüber der Hauptbahn 2a angeordnet sind, zwei elektrische, in Quadratur periodische Signale S1, S2 zu liefern, und ein elektrisches Signal S3 vermittels der empfindlichen Elemente, die gegenüber der Bahn „top tour" 2b positioniert sind.
  • Das Prinzip der Erzielung der Signale S1 und S2 ab einer Mehrzahl von ausgefluchteten empfindlichen Elementen wird zum Beispiel im Dokument FR-2 792 403 der Antragstellerin beschrieben.
  • Es sind aber auch zwei empfindliche Elemente umfassende Sensoren bekannt, die fähig sind, die Signals S1 und S2 zu liefern.
  • Der Sensor 3 umfaßt ferner einen elektronischen Schaltkreis, der ab den Signalen S1, S2 und S3 digitale in Quadratur viereckige Positionssignale A, B und ein Signal „top tour" C in Form von N·M elektrischen Impulsen pro Umdrehung des Codierers (2) liefert.
  • Ein Prinzip der Erzielung der digitalen Signale A, B und C sowie verschiedene Ausführungsmodi der magnetischen Singularitäten 2b1 werden in den Dokumenten FR-2 769 088 und EP-0 871 014 beschrieben.
  • Bei einer Ausführung umfaßt der Sensor 3 außerdem einen Interpolator, zum Beispiel von der Art wie er im Dokument FR-2 754 063 der Antragstellerin beschrieben wird, mit dem die Auflösung der Ausgangssignale erhöht werden kann.
  • Der Sensor 3 kann auf einem Siliziumsubstrat oder einem gleichwertigen, zum Beispiel AsGa, integriert werden, so daß ein integrierter und individueller Schaltkreis für eine spezifische Anwendung gebildet wird, wobei dieser Schaltkreis manchmal mit dem Begriff ASIC bezeichnet wird, um auf den integrierten Schaltkreis hinzuweisen, der teilweise oder vollkommen je nach den Bedürfnissen konzipiert wird.
  • Wenn die Beschreibung auch in Bezug auf eine magnetische Codierer/Sensor Baugruppe gegeben wird, ist es ebenfalls möglich, die Erfindung auf analoge Weise einzusetzen, indem eine Technologie optischer Art benutzt wird. Zum Beispiel kann der Codierer 2 aus einem Ziel aus Metall oder Glas gebildet werden, auf dem die Hauptbahn 2a und die Bahn „top tour" 2b so graviert wurden, daß ein mit dem oben dargestellten mehrpoligen magnetischen Motiv analoges optisches Motiv gebildet wird, wobei die empfindlichen Elemente dann aus optischen Detektoren gebildet werden.
  • Beim auf der 1 dargestellten Ausführungsmodus kann die winkelförmige Verteilung der drei Singularitäten der Bahn „top tour" 2b vom binären Motiv 0000010011 dargestellt werden, das durch die Nutzung des Signals C und der Signale A und B bei der Drehung entlang eines Sektors 2c erzielt wird, wo die Zahl 1 der Erfassung einer Singularität auf dem Signal C entspricht, und die Zahl 0 der Umkehrung entspricht, wobei die Zahlen 0 und 1 jeweils den Polpaaren zugeordnet werden, die vermittels der Signale A und B getrennt werden.
  • Mit diesem binären Motiv kann je ach der ursprünglichen Position des Codierers 2 und der Drehrichtung die Anzahl der Zustande 0 oder 1 erstellt werden, die auszulesen sind, um die absolute Position des Codierers 2 auf einem Sektor 2c eindeutig zu bestimmen. In der weiteren Beschreibung wird diese Aufeinanderfolge von 0 oder 1, mit der eine absolute Position des Codierers 2 auf einem Sektor 2c bestimmt werden kann, binäre Sequenz genannt.
  • Wenn zum Beispiel von der Position des ersten 0 des binären Motivs ausgegangen wird, muß zur eindeutigen Ermittlung der absoluten Position des Codierers 2 auf einem Sektor 2c:
    • – unter Drehung nach rechts die binäre Sequenz 00001 ausgelesen werden;
    • – unter Drehung nach links die binäre Sequenz 110 ausgelesen werden;
    • – unter abwechselnder Drehung nach links und nach rechts die binäre Sequenz 11000 ausgelesen werden.
  • Bei Durchführung dieser Auswertung für alle möglichen ursprünglichen Positionen wird die maximale Länge der binären Sequenz bestimmt und also die durchzuführende maximale Drehung, um die absolute Position des Codierers 2 auf einem Sektor 2c zu erfahren. Beim Beispiel der 1 ist schlimmstenfalls eine Drehung von 5 Polpaaren des Codierers erforderlich, also mechanische 45°, um die absolute Position des Codierers 2 auf einem Sektor 2c eindeutig zu ermitteln.
  • Es ist erfindungsgemäß also möglich, wenn die Winkellänge der binären Sequenz geringer als diejenige des Sektors 2c ist, die absolute Position des Codierers 2 und also diejenige des zugehörigen Rotors 1 zu bestimmen, sobald dieser um einen geringeren Winkel als die Winkelbreite der Polpaare des Motors gedreht hat.
  • Es ist je nach den spezifischen Bedürfnissen jeder Anwendung möglich, die Singularitäten auf der Bahn „top tour" 2b anders zu verteilen, so daß die maximale Länge der binären Sequenzen entweder erhöht oder verringert wird. Es ist ferner auch möglich, die Anzahl Polpaare des Codierers pro Sektor 2c schwanken zu lassen, und also ein mehr oder weniger langes binäres Motiv zu erzielen, und/oder die Abmessungen des Codierers 2 schwanken zu lassen.
  • Die Steuervorrichtung umfaßt außerdem einen Umschaltkreis der Ströme in den Phasenwicklungen des Motors.
  • Der Umschaltkreis umfaßt 2·P·N Schalter, die zum Beispiel jeweils aus einem Feldeffekttransistor von der Art MOSFET gebildet sind, die mit 20 kHz funktionieren, die als Brücke angeordnet sind, damit die Phasenwicklungen angemessen versorgt werden.
  • Die 2·P·N Schalter können paarweise nach einer Umschaltlogik betätigt werden, die 2·P·N mögliche Zustände umfaßt.
  • Die Steuerung der Umschaltvorrichtung, das heißt die selektive Betätigung der Schalter, wird von einem Steuerkreis übernommen, der:
    • • beim Auslesen einer binären Sequenz den Zustand der Umschaltlogik der Ströme in den Phasenwicklungen ermitteln kann, der der absoluten der genannten binären Sequenz zugeordneten Winkelposition entspricht;
    • • je nach den erfaßten Positionssignalen A, B kontinuierlich den Zustand der Umschaltlogik ermitteln kann, der der Winkelposition des Rotors 1 angepaßt ist;
    • • Umschaltsignale der Schalter liefern kann, die dem Zustand der von dem Signal „top tour" C oder von den Positionssignalen A, B bestimmten Logik entsprechen.
  • Der Steuerkreis kann in Form eines Mikroprozessors mit Einbindung von mindestens einer Umschaltlogik des Umschaltkreises ausgeführt werden, die die Aufeinanderfolge der Öffnungen/Schließungen der einzelnen Schalter bestimmt.
  • Nachstehend wird die Funktionsweise der Steuervorrichtung beschrieben.
  • Ursprünglich, das heißt bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung, wird ein Kraftmoment auf den Rotor 1 angesetzt, so daß er und also der Codierer 2 in Drehung versetzt werden können.
  • Insbesondere im Fall der Benutzung der Steuervorrichtung in einer elektrischen Servolenkung für Kraftfahrzeuge kann das Kraftmoment vermittels des Lenkrads angesetzt werden, ohne daß ein Kraftmoment zur Unterstützung geliefert würde.
  • Bei dieser Anwendung und mit dem auf der 1 abgebildeten Codierer beträgt der Einschlagwinkel ohne Unterstützung in der Tat maximal 3 Grad unter der Voraussetzung, daß die elektrische Servolenkung ein Untersetzungsverhältnis von 15 hat, was vollkommen akzeptierbar ist.
  • Bei einer Variante kann der Motor ursprünglich mit einer vorher festgelegten Steuersequenz mit Strom versorgt werden, so daß der Rotor 1 und also der Codierer 2 in Drehung versetzt werden können.
  • Gleich bei Erfassung der ersten binären Sequenz bestimmt der Steuerkreis den Zustand der Umschaltlogik der Ströme in den Phasenwicklungen, der der Winkelposition entspricht, die dieser binären Sequenz zugeordnet ist, und schickt die entsprechenden Umschaltsignale an den Umschaltkreis.
  • Dann kann anhand der Signale A, B die absolute Position des Rotors 1 erfahren werden, das heißt die Position im Verhältnis zu derjenigen, die der besagten erfaßten binären Sequenz zugeordnet ist, so daß der Zustand der Umschaltlogik kontinuierlich bestimmt wird, die geeignet ist. In der Tat entspricht jeder Position des Rotors 1 ein Zustand der Umschaltlogik, mit dem ein optimales Antriebsmoment erzielt werden kann. Der Steuerkreis kann also dem Umschaltkreis die Umschaltsignale der Schalter liefern, die dem bestimmten Zustand der Logik entsprechen.
  • Als Variante kann ein vorheriger Schritt mit Winkelindexierung der „top tour" Impulse in Bezug auf den Nulldurchlauf der elektromotorischen Kräfte in den Phasen des Motors vorgesehen werden, das heißt die Indexierung der Winkelpositionen der Singularitäten 2b1 im Verhältnis zu denjenigen der Polpaare des Motors. Dieser Schritt kann am Ausgang der Straße und auf einer dafür vorgesehenen Bank durchgeführt werden, wobei der Wert der Phasenverschiebungen in einem Speicher von der Art EEPROM oder Flash des Steuerkreises abgelegt werden kann, so daß die Wiedereinstellung der Schaltmomente elektronisch möglich wird. Mit dieser Speicherung kann eine mechanische Indexierung des Codierers aufgegeben werden, die sich als schwierig und kostspielig herausstellt.
  • Erfindungsgemäß ist also die Präzision bei der Bestimmung der Umschaltmomente nur durch die Präzision der Messung der Winkelposition des Rotors 1 begrenzt.
  • Ferner kann, sobald der Rotor 2 um einen Winkel gedreht hat, der je nach der Verteilung der Singularitäten 2b1 modulierbar ist, die Steuerung des Motors optimal erfolgen.
  • In Bezug auf die 2 wird ein Wälzlager beschrieben, das einen äußeren festen Ring 4 umfaßt, der einem festen Organ zugeordnet werden soll, und einen drehenden inneren Ring 5, der durch den Rotor 1 des Elektromotors und die zwischen den besagten Ringen angeordneten Wälzkörper 6 in Drehung versetzt werden soll.
  • Beim dargestellten Ausführungsmodus ist der Codierer 2 auf einer zylinderförmigen ringförmigen Tragfläche einer Bewehrung 7 abgeformt, die zum Beispiel durch Aufstecken auf einer Fläche des inneren Rings 5 zugeordnet ist.
  • Der Codierer 2 ist so dem drehenden Ring 5 zugeordnet, daß die Außenseite des besagten Codierers deutlich in der Ebene P einer Seitenfläche des festen Rings 4 enthalten ist. Dieses insbesondere im Dokument EP-0 607 719 der Antragstellerin offenbarte Merkmal ermöglicht einerseits, den Codierer 2 im Innern des Wälzlagers zu schützen und andererseits den Sensor 3 vom Wälzlager zu trennen und dabei die Beherrschung des Luftspalts zu behalten.
  • In Bezug auf die 3 wird ein Motor mit elektronischer Umschaltung beschrieben, der einen Rotor 1 umfaßt, der drehend vermittels eines Wälzlagers montiert ist. Hierfür ist der äußere Ring 4 des Wälzlagers dem Gehäuse 8 des Motors zugeordnet, und der innere Ring 5 ist zum Beispiel durch Aufstecken dem Rotor 1 des besagten Motors zugeordnet. Der Sensor 3 ist in einem Schlitz 8a des Gehäuses 8 angeordnet und ist durch eine Schraube 9 mit dem besagten Gehäuse verbunden. Als Variante kann vorgesehen werden, daß der Sensor 3 mit dem äußeren Ring 4 des Wälzlagers verbunden ist.
  • Ferner ist der Codierer 2 mit dem Rotor 1 verbunden. Hierfür wird die Bewehrung 7 zum Beispiel auf eine auf der Peripherie des Rotors 1 vorgesehene Tragfläche aufgesteckt.

Claims (11)

  1. Steuervorrichtung eines Elektromotors des Typs mit elektronischer Umschaltung, mit N Polpaaren und P Phasen, wobei die genannte Vorrichtung umfaßt: – einen Codierer (2), der gemeinsam mit dem Rotor (1) des Motors in Drehung versetzt werden soll, wobei der genannte Codierer eine mehrpolige Hauptbahn (2a) und eine mehrpolige „top tour" genannte Bahn (2b) umfaßt, die konzentrisch sind, wobei die genannten Bahnen jeweils N identische Sektoren (2c) umfassen, die jeweils winkelförmig über den gesamten Umfang der genannten Bahnen verteilt sind, wobei die Sektoren (2c) der Bahn „top tour" (2b) jeweils M Singularitäten (2b1) umfassen, die winkelförmig verteilt sind, wobei die jede der M Singularitäten (2b1) trennenden winkelförmigen Abstände sich voneinander unterscheiden; – einen festen Sensor (3), der gegenüber und im Luftspaltabstand zum Codierer (2) angeordnet ist, mit mindestens drei empfindlichen Elementen, von denen mindestens zwei gegenüber der Hauptbahn (2a) positioniert sind, um zwei elektrische, in Quadratur periodische S1, S2 Signale zu liefern, und mindestens eins gegenüber der Bahn „top tour" (2b) positioniert ist, um ein elektrisches Signal S3 zu liefern, wobei der Sensor (3) einen elektronischen Schaltkreis umfaßt, der ab den Signalen S1, S2 und S3 zwei digitale, in Quadratur viereckige Positionssignale (A, B) liefert, die die Winkelposition des Rotors (1) wiedergeben, und ein Signal „top tour" (C) in Form von N·M Impulsen pro Umdrehung des Codierers (2), wobei die M Singularitäten (2b1) winkelförmig verteilt sind, so dass das Signal „top tour" vorgesehen ist, um kombiniert mit den Signalen A und B binäre Sequenzen von einer Winkellänge kleiner als diejenige der Sektoren (2c) zu definieren, und die die absolute Winkelposition des Codierers (2) auf einem Sektor (2c) wiedergeben; – einen Umschaltkreis der Ströme in den Phasenwicklungen des Motors, der 2·P·N Schalter umfaßt; – einen Steuerkreis des Umschaltkreises, der • beim Auslesen einer binären Sequenz den Zustand der Umschaltlogik der Ströme in den Phasenwicklungen ermitteln kann, der der absoluten, der genannten binären Sequenz zugeordneten Winkelposition entspricht; • je nach den erfaßten Positionssignalen (A, B) kontinuierlich den Zustand der Umschaltlogik ermitteln kann, der der Winkelposition des Rotors (1) angepaßt ist; • Umschaltsignale der Schalter liefern kann, die dem Zustand der von dem Signal „top tour" (C) oder von den Positionssignalen (A, B) bestimmten Logik entsprechen.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede mehrpolige Bahn (2a, 2b) aus einem Magnetring gebildet wird, an dem Nord- und Südpol (2d) in gleichen Abständen mit konstanter Winkelbreite magnetisiert sind, wobei eine magnetische Singularität (2b1) der Bahn „top tour" (2b) aus zwei aneinander grenzenden Polen (2d) besteht, deren magnetischer Übergang sich von den anderen unterscheidet.
  3. Wälzlager des Typs mit einem festen Ring (4), der mit einem festen Organ verbunden werden soll, einem drehbaren Ring (5), der von dem Rotor (1) des Elektromotors in Drehung versetzt werden soll, und zwischen den genannten Ringen angeordneten Wälzkörpern (6), wobei das genannte Wälzlager dadurch gekennzeichnet ist, dass der Codierer (2) einer Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2 dem drehbaren Ring (5) zugeordnet ist.
  4. Wälzlager gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer (2) derart dem drehbaren Ring (5) zugeordnet ist, dass die Aussenfläche des genannten Codierers etwa in der Ebene P einer Seitenfläche des festen Rings (4) enthalten ist.
  5. Wälzlager gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Codierer (2) von einer Verbindungsarmatur (7) getragen wird.
  6. Wälzlager gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (3) der Steuervorrichtung dem festen Ring (4) des Wälzlagers zugeordnet ist.
  7. Motor mit elektronischer Umschaltung, ausgestattet mit einer Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, des Typs mit einem Rotor (1), der drehbar über ein Wälzlager gemäß Anspruch 6 montiert ist.
  8. Motor mit elektronischer Umschaltung, ausgestattet mit einer Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, des Typs mit einem Rotor (1), der drehbar über ein Wälzlager gemäß Anspruch 3 bis 5 montiert ist, wobei der Sensor (3) mit einem festen Teil (8) des Motors verbunden ist.
  9. Motor mit elektronischer Umschaltung, ausgestattet mit einer Steuervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, des Typs mit einem Rotor (1) und einem festen Teil (8) , bei dem der Codierer (2) mit dem Rotor (1) und der Sensor (3) mit dem festen Teil (8) verbunden ist.
  10. Steuerverfahren eines Motors gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden aufeinanderfolgenden Schritte umfaßt: – Beaufschlagung des Rotors (1) mit einem Moment, um seine Drehung sowie diejenige des Codierers (2) auszulösen; – Erfassung der ersten binären Sequenz; – Ermittlung des Zustands der Umschaltlogik entsprechend der der genannten binären Sequenz zugeordneten absoluten Winkelposition; – Versand an den Umschaltkreis der dem ermittelten Zustand entsprechenden Umschaltsignale; – iterative Ermittlung der späteren Zustände der Umschaltlogik ab den Positionssignalen (A, B); – Versand an den Umschaltkreis der den ermittelten Zuständen entsprechenden Umschaltsignale.
  11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass es einen vorherigen Schritt der Winkelindexierung der Impulse „top tour" in bezug auf den Nulldurchlauf der elektromotorischen Kräfte in den Phasen des Motors umfaßt.
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