用于求取转子位置的设备和方法以及电驱动系统

技术领域

本发明涉及用于求取电机的转子位置的设备和方法以及电驱动系统。

背景技术

电机、尤其同步机器在对于电动和混合车辆的驱动概念的发展中非常重要。为了给同步机器提供所需要的转矩，在机器的定子中产生旋转的磁场，所述磁场与所述转子同步地旋转。为了调节同步机器并且产生磁场，需要所述转子的当前的角度。在此，能够借助于附加的角度发送器或者借助于用于角度确定的无发送器的方法来求取当前的转子角度。

文献DE 10 2013 204 194 A1公开了一种用于运行同步机器的方法。在此，如此设定所述同步机器的工作点轨迹，以使得在转子固定的坐标系中所述同步机器的d电感与q电感之间的差值尽可能地高。根据关于在转子固定的坐标系中的有效电流值的所有可能的二元组的预先有待确定的特性曲线族，进行所述同步机器的工作点轨迹的确定，其中以等高线绘制系统响应的振幅。

发明内容

本发明实现了一种具有独立权利要求的特征的用于求取电机的转子位置的设备、电驱动系统和用于求取电机的转子位置的方法。其他的有利的实施方式是从属权利要求的主题。

相应地规定了：

一种用于求取电机的转子位置的设备，其带有电流传感器、输入接头和处理装置。所述电流传感器被设计用于：检测在所述电机的接头处的电气的相电流的测量值。所述输入接头被设计用于：接收用于所述电机的电气的相电流的目标参量。所述处理装置被设计用于：构成通过所述电流传感器所检测的测量值与所述用于电气的相电流的目标参量的差值。此外，所述处理装置被设计用于：在使用所构成的差值的情况下求取所述电机的转子位置。

此外规定了：

一种电驱动系统，其带有电机、变流器和用于求取电机的转子位置的按照本发明的设备。所述变流器被设计用于：在使用目标参量的情况下提供在所述电机的接头处的电流。

此外规定了：

一种用于求取电机的转子位置的方法，其具有检测在所述电机的接头处的电气的相电流的测量值的步骤；接收用于所述电机的电气的相电流的目标参量的步骤；构成通过电流传感器所检测的测量值与用于电气的相电流的目标参量的差值的步骤；和在使用所构成的差值的情况下求取所述电机的转子位置的步骤。

本发明基于下述认识：为了电机的转子位置的无发送器的（geberlos）求取，通常在电机的相接头处输入测试信号，并且因此分析电机的反应、尤其由测试脉冲导致的电流，以便由此推断出所述电机的当前的转子位置。此外，本发明基于下述认识：对于电机的运行，除了所述测试脉冲之外，还在所述电机的相接头处输入电流，以便产生所期望的转矩。为了基于通过所述测试脉冲导致的电流来确定转子位置，必须因此从总电流中去除用于产生转矩的电流分量。传统的方法例如基于高通滤波。根据针对这样的高通滤波所选择的极限频率，能够在此导致与用于转子角度确定的测试信号的冲突。

因此，本发明的构思是：考虑这样的认识，并且提供用于求取无发送器的转子角度确定的优化的信号处理。为此，本发明规定：从在所述电机的相接头处的所测量的总电流中在计算技术上消除用于设定所期望的扭矩的电流分量。为此特别地，能够利用对于用于所期望的扭矩的电流的目标值的认识。该目标值通常是已知的并且可供使用。该目标值例如供应给变流器，所述变流器供应电机。在此特别地，能够从在所述电机的相接头处的在测量技术上所检测到的总电流中减去按照目标值预设的电流的基波或者基本振荡。

因此以这种方式，电流信号可供用于作为在所述电机的相接头处的在测量技术上所检测到的电流与用于驱动电机的按照目标值预设已知的电流之间的差值，所述电流信号非常良好地反映了所述电机对用于无发送器的转子角度确定的测试脉冲的反应。因此，该差值能够使用作为用于进一步计算所述电机的转子角度位置的初始基础。

在此，在所述电机的相接头处输入的、用于转子角度确定的在此所使用的测试脉冲如用于确定所述转子角度位置的具体的计算方法一样也能够被几乎任意地选择。特别地，根据所述电机的运行状态也能够选择不同的方法。例如能够在停止的机器、缓慢地旋转的电机与快速地旋转的机器之间区分。此外不言而喻地，所述电机的运行状态的任意的另外的区分也是可行的。在此，能够利用任意的已知的、传统的方法，然而或者也利用基于由于测试脉冲的电流信号来计算转子角度位置的新颖的方法。

按照本发明的方法能够应用在任意的电机上，其能够实现基于测试脉冲的无发送器的转子角度确定。作为示例，在此提及同步机器、尤其多相的、例如三相的同步机器。

按照一种实施方式，用于求取转子位置的设备包括滤波装置。所述滤波装置能够被设计用于：实施用于电气的相电流的目标参量的低通滤波。特别地，所述滤波装置的极限频率能够对应于用于所述电机的电流调节器的基波的所设定的频率。因此，由所述基波的所期望的目标电流、系统特性的模型能够计算有待预期的电流曲线。如果不存在永久的调节偏差，则在与所测量的实际电流的差值构成之后，结果将仅仅还包含用于转子角度确定的无发送器的方法的激励的频率。

按照一种实施方式，所述处理装置包括变换装置。所述变换装置被设计用于：变换在相接头处的电流的测量值。特别地，所述变换装置能够执行到转子固定的系统中的电流的变换。能够例如借助于处理器或者可编程的逻辑来进行所述变换。此外，执行必需的变换的任意的另外的设备也是可行的。

按照一种实施方式，所述变换装置的变换包括在相接头处的电流的测量值的克拉克变换和帕克变换。在第一变换步骤中，所述变换装置能够例如将在电机的各个相位中的电流的测量值转化到更简单的两轴的坐标系中。两轴的坐标系的两个轴能够例如以a和ß来表示。相应地，所述克拉克变换也被称作为a-ß变换。在另一步骤中，能够将与定子相关的a-ß坐标系的值转化到转子固定的d/q坐标系中。这类d/q变换也已知作为帕克变换。

按照一种实施方式，所述处理装置被设计用于：在转子的停止、缓慢的旋转和/或快速的旋转的情况下求取电机的转子位置。特别地，能够根据运行状态、也就是说转子的旋转速度应用用于确定转子位置的不同的方法。

按照一种实施方式，用于求取转子位置的设备包括信号产生装置。所述信号产生装置能够被设计用于产生测试信号。此外，所述信号产生装置能够被设计用于：将在所述电机的相接头处的电流与所产生的测试信号叠加。以这种方式，在所述电机的相接头处输入来自测试信号和电流的组合，所述电流用于设定所期望的扭矩或者所期望的转速。通过按照本发明的分离随后可行的是：在所测量的电流值中提取所述电机对于测试信号的反应，并且随后由此计算转子位置。

上述设计方案和改进方案只要有意义能够任意地彼此组合。本发明的其他的设计方案、改进方案和实现方式也包括本发明的前述或者后述的关于实施例所说明的特征的未明确地提及的组合。在此特别地，技术人员也添加各个方面作为对于本发明的相应的基本形式的改善或者补充。

附图说明

本发明在下文中根据在示图的示意性的附图中规定的实施例被更详细地解读。其中：

图1示出了按照一种实施方式的电驱动系统的示意性的示图；

图2示出了方框线路图的示意性的示图，以用于确定用于求取电机的转子位置的信号；并且

图3示出了按照一种实施方式的用于求取转子位置的方法的流程图的示意性的示图。

具体实施方式

图1示出了按照一种实施方式的电驱动系统的原理线路图的示意性的示图。所述电驱动系统包括电机30，所述电机由电气的变流器21供应。所述电机30能够例如是多相的、尤其三相的同步机器。在这种情况下，能够由所述变流器21提供在所述电机30的相接头处的三相的电流。所述变流器21例如能够基于目标值预设S设定在所述电机30处的相电流。在多相的电机30的情况下，能够通过所述变流器21来提供例如多个彼此相对地相位移动的交变电压或者交变电流。在此，由变流器21提供的交变电压具有依赖于所述电机30的旋转频率的频率。

针对通过所述变流器21来设定的电气的相电流的所述目标值预设S例如能够由控制装置22预先给定。在使用用于有待设定的转矩的、所期望的转速的或者另外的参数的预设的情况下，所述控制装置22例如能够预先给定用于有待设定的相电流的目标值。在此，所述控制装置22例如还能够包括当前的转子位置。

为了求取所述电机30的转子位置，能够借助于信号产生装置23产生测试信号。该测试信号能够例如是预先确定的电压脉冲或者预先确定的电压脉冲的序列。在所述电机30的各个相位中同时地或者交替地施加该测试信号。为此，由所述信号产生装置23所产生的测试信号能够借助于叠加装置24与由所述变流器21提供的电流叠加。作为替代方案也可行的是：甚至在所述变流器21之前实施所述叠加。在这种情况下，所述叠加装置24能够将目标值组合，并且作为共同的目标参量输送给变流器21。

为了分析所述电机30的转子位置，所述电机30对所施加的测试脉冲的反应的认知是必需的。为此，能够例如借助于一个或者多个电流传感器11测量在到所述电机30的相接头的引线中的电流。在此所测量的电流因此包括所述变流器21的电气的相电流与由测试脉冲的反应在所述电机30中引起的电流的组合。因此，为了进一步的信号处理以用于确定转子位置，必须从用于一个或多个总电流的测量值中提取出由于测试脉冲的电流的分量。

除了一个或多个电流传感器11之外，用于求取转子位置的所述设备10还包括输入接头12以及处理装置13。所述输入接头12能够例如与控制装置22耦接。特别地，所述输入接头12能够接收针对有待设定的电气的相电流的目标值预设S。在此，所述目标值预设能够是相同的目标值预设S，其也在所述变流器21处被提供。借助于针对所述电机30的电气的相电流的所接收的目标值预设S以及用于所述电气的相电流的测量值，所述处理装置13于是能够构成所测量的相电流的测量值与所接收的目标值预设的差值。通过该差值构成，因此从在所述电机30的相接头处的总电流中消除所述电气的变流器21的电流分量。因此，作为残留信号保留了对由所述信号产生装置23所产生的测试信号的电流响应。

特别地，能够执行用于电气的相电流的目标参量S的低通滤波。为此，能够在用于求取转子位置的所述设备10中设置滤波设备15。所述滤波装置15的极限频率例如能够对应于用于所述电机30的所述变流器21的基波的所设定的频率。由所述基波的所期望的目标电流、系统特性的模型于是能够计算有待预期的电流曲线。如果不存在永久的调节偏差，则在与所测量的实际电流的所述差值构成之后，结果将仅仅还包含用于转子角度确定的无发送器的方法的激励的频率。

在使用该电流响应的情况下，所述处理装置13于是能够计算所述电机30的转子位置R、尤其转子角度。为此，用于计算所述转子位置的任意的适当的方法是可行的。在此，根据方法也能够确定转子角度在时间上的变化。为此，能够应用用于计算电机的转子角度位置的任意的传统的方法或者也应用新颖的方法。特别地，不但测试信号的产生而且用于计算转子角度位置的与此伴随的计算方法能够与相应的应用以及连接的电机30相适配。因为已知大量的传统的方法，所以在此放弃详细的叙述。

所求取的转子位置例如能够可供用于电流调节的所述控制装置22使用，以使得在使用转子位置R的情况下，所述控制装置22能够实施所述电机30的进一步的调节。作为附加方案或者替代方案，所述转子位置R也能够可供所述信号产生装置23使用，并且相应地适配测试信号的或者测试脉冲的产生。

为了确定用于计算转子角度位置R的电流分量，能够尤其以适当的方式处理一个或多个电流传感器11的测量值。为此例如能够使用一个或者多个变换，以便简化在测量值与目标值预设之间的差值构成。多个测量的电气的相电流例如能够借助于适当的变换、例如克拉克变换或者a/ß变换转化到带有两个轴（a，ß）的坐标系中。此外，也能够例如实施从定子固定的坐标系到转子固定的坐标系中的变换。为此，例如帕克变换或者d/q变换是可行的。特别地，即使在相应的坐标系中存在针对有待设定的电气的相电流的目标值预设，因此也能够借助于适当的变换将所述相电流的测量值转化到相应的坐标系中。例如能够在所述处理装置13的所述变换装置14中实施这类变换。

图2示出了用于求取测试信号的电流响应的方框线路图的示意性的示图，所述测试信号用于转子角度确定。

第一变换块141能够接收例如电流传感器11的测量值U、V、W作为各个相电流。因此，借助于适当的变换、例如克拉克变换能够将所述各个相电流例如转化到a-ß坐标系中。因此，所述第一变换块141提供了在a/ß坐标系中的电流I_ab作为中间结果。该电流I_ab能够借助于第二变换块142转化到转子固定的坐标系、例如d/q坐标系中。因此，所述第二变换块142提供了在转子固定的坐标系中的电流I_dq。该电流I_dq被供应给差值元件143。此外，用于通过所述变流器21有待设定的电流同样地在d-q坐标系中作为电流I*_dq被供应给所述差值元件143。在此，有必要时能够进行所述目标值预设的低通滤波。对于所述低通滤波而言，能够例如设置低通滤波器145。所述低通滤波器145的极限频率能够尤其对应于dq电流调节器的极限频率。于是，在另一处理块144中使用两个电流I_dq与I*_dq的差值，以用于计算所述转子角度位置R。

图3示出了流程图的示意性的示图，其基于用于求取电机30的转子位置的方法。所述方法包括步骤S1，以用于检测在所述电机30的相接头处的电流的测量值。在步骤S2中，接收用于所述电机30的电气的相电流的目标参量S。在步骤S4中，构成在相接头处的电流的所检测的测量值与用于电气的相电流的目标参量S的差值。最后在步骤S4中，在使用所构成的差值的情况下求取所述电机30的转子位置。

此外，所有前述与所述设备相关的所说明的操作对于所述方法也是可行的。

总结来说，本发明涉及一种用于无发送器地确定转子位置的信号处理。为此，在电机的相接头中的电流被加载有测试信号，并且测量在所述电机的相接头中的总电流。通过所测量的相电流与用于相电流的目标值预设的差值构成来确定对所述测试信号的电流响应。基于该差值能够实施用于计算转子角度位置的任意的方法。