专利名称：用于辨识电机内传感器关联性的方法
用于辨识电机内传感器关联性的方法
背景技术：
文件DE 103 03 692 Al涉及一种用于检测传动轴转速和旋转位置 的装置。为了检测电机的转子位置，使用传感轮，在该传感轮的外周 上设计有增量齿(Inkrementverzahmmg)。增量齿的齿与齿槽实现在第一 齿节内。该探测借助于至少一个传感器而进行。增量齿在外周中在可 实现高的旋转角分辨率的第一齿节内加以实现，并且，在传感轮的内 周上设置有指示齿(Indexverzahmmg),借助于该指示齿，可以产生如 下数量的零脉冲，该数量与电机的电机极的数量相对应。该增量齿以 连续的方式形成在传感轮的外周上。在外周处为识别电机的旋转方向 将第一外部传感器和第二外部传感器分配给增量齿，而在传感轮的内 周处为指示齿分配有第一内部传感器与第二内部传感器。
举例而言，目前，在同步电机上，为进行转速辨识和/或位置辨识 或方位辨识，使用各应用情形专用的传感器。每个不同的使用情况都 需要新的结构并需要采购各自的专用的工具。其中包括注塑工具、冲 压工具和装配工具，此外，还包括工件架和检验设备等等。在现今的 结构中，传感器安置在传感器壳体中，其中，传感器壳体构造成与传 感轮的直径具有直接的几何相关性。如果在电机上传感轮直径发生变 化，则传感器壳体必须与之相应地进行调整。如果传感器系统的读取 方向由于装配情况而发生变化，经常地，同样也需要对传感器壳体进 4亍相应的调整。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种传感器方案，该方案使得在电机内 可用构造相同的传感器而得到可变的布置。此外，本发明的目的还在于，提供一种软件，该软件在电机的初始旋转(In.itialdrehung)内辨识传 感器与各个有相位差的输出信号的分配关系。
根据本发明提出的方案，标准化的传感器元件一一对所有的变型 而言该传感器元件是相同的 一一与柔性膜、扁平柔性电缆(FFC)或电缆 束或相似物相连接。在该柔性膜或扁平柔性电缆(FFC)处，通过例如激 光焊接的方法，以电的方式联接有至少两个传感器元件。利用传感器 系统，可以进行物体的位置确定或进行任意的旋转物体或可转动物体 的角度检测和/或转速检测。如果在柔性膜上或在扁平柔性电缆(FFC) 处以电的方式耳关接有两个传感器元件，该传感器系统就可例如地应用 在电机，如异步电机上。而如果在柔性膜或扁平柔性电缆(FFC)处以电 的方式联接有三个传感器元件，所得到的传感器系统就可以应用在同 步电机上。标准化的传感器元件包括电子传感器，该电子传感器使得 标准化传感器元件的使用在电机——不仅包括异步电机而且包括同 步电机一一中的使用成为可能。
以标准化的方式所实现的传感器元件可以两个一起或三个一起 组合成传感器组。包含两个标准化传感器元件或是更多个标准化传感 器元件的传感器系统中的各个设计成标准化的传感器元件通过设计 成可变形的柔性膜或扁平柔性电缆(FFC)而相互连接。可为每个设计成 标准化的传感器元件分配单独的装配开口 ，该装配开口可例如布置成 与标准化传感器元件的传感器头保持一定间距。基于经由柔性膜或经 由扁平柔性电缆(FFC)而实现的各个标准化传感器元件的连接，则有可 能，在对旋转零件如传感轮、电机等等进行角度测量时(在该测量中要 求例如10。的信号角度)，以与待探测的旋转体的周长或直径无关的方 式来实现所要求的分辨率。利用经由柔性膜或扁平柔性电缆(FFC)而相 互连接的标准化传感器元件，可根据所需的间距而将柔性膜或扁平柔 性电缆(FFC)折叠或拉开。由此，根据本发明提出的传感器系统可以应 用在待被探测(例如关于角度检测或是转速检测方面的纟果测)的旋转体 的不同直径上，而不需要在传感器壳体上进行改变。所提出的传感器系统的可变性在于，各个设计成标准化的传感器元件相互之间的间距 的简便的匹配，使得不同的使用目的可轻易地被实现。
基于以下情况，即，三个标准化的、相同的传感器可以不考虑各 自的信号分配而进行安装，则一方面，在标准化传感器元件的装配中 体现出优点，另一方面，促使了单个传感器的、取决于件数的成本优 化。此外，控制装置至电机的关联是较弱的。在故障情况下，可以更
换传感器系统或单个传感器。在信号序列(Signalreihenfolge)上在规定 的旋转方向与转速下进行信号校验。此外，各个标准化传感器元件的 各个信号至电机的各个相位通道的分配也是可能的，以使得机械安装 偏差可以被消除。例如，如果电机与混合驱动装置中的内燃机一起被 使用或作为电机处的发电^U而使用，则在标准化传感器元件的安装之 后进行相同的自标定。电机转动内燃机，其中，会出现附带的旋转磁 场的任意位置。从该附带的旋转磁场可得知信号的脉沖缘角度，其带 有± 10。(就电角度而言)的精度。由此，在考虑公差影响的情况下传感 轮和电机的转子磁体之间的角度可知[绝对位置偏移]。现在，电机将 内燃机加速到启动转速，其对于内燃机的第一启动而言是足够的。在 内燃机成功启动之后，其自行转动，并在其一侧驱动电机。从现在起， 在电机中基于通过内燃机而存在的转矩而感应出电压。在该状态中进 行第一搜索算法的启动，在其中，进行60。脉沖边缘分配 (60。-Flankenzuordnimg)。此外，还可以启动第二4叟索算法，借助该第 二搜索算法，可以确定精确的绝对位置偏移，即传感轮和电机的转子 石兹体之间的精确的角差(differenzwinkel)。
本发明将在随后参考下图而进行更详细的描述。 其中
图1示出了传感器系统上电气电缆抽头的布置，图2示出了传感器元件的、在其上侧端部处的端部压力注塑包封，
其用于位于传感器元件与柔性膜或扁平柔性电缆(FFC)等等之间的电
气接触部位的封装，
图3示出了在传感轮旋转时，就电角度和机械角度而言的信号分
布，
图4示出了根据本发明的传感器系统，其在径向上对齐，以对旋 转体(例如具有凹槽和突起的传感轮)的圆周进行探测，而
图5示出了在"前进"时的信号分布，其带有与电机的相位的关联。
具体实施例方式
图1示出了电缆抽头在传感器系统上的布置。
由根据图1的图示可知，此处，电缆抽头27以示例的方式位于 第二标准化传感器模块12之上。作为对在图1中设在第二标准化传 感器元件12上的电缆抽头27的替代，电缆抽头可以以同样好的方式 而设在第一标准化传感器元件11处和/或设在第三标准化传感器元件 13处。利用参考标记31示出了各标准化传感器元件11和标准化传感 器12及标准化传感器12和标准化传感器13之间的笫一间距。标准 化传感器元件11，12和/或13在机械方面以如下形式进行布置，即， 在旋转体(例如传感轮)进行机械的前向转动时，首先第一标准化传感 器元件11被经过，而最后(例如地)第三标准化传感器元件13被经过。 间距31(其优选地在40mm和60mm之间)，例如为57mm，按方式如 下选择，即，使得所得到的传感器系统在传感器系统的10°布置，20。 布置和40。布置情况下，可置入电机的壳体中，并因此而可以覆盖即 使是差异最大的旋转体直径。在装配传感器系统69时，根据在传感 器元件11,12或13之间所调整的间距，柔性膜23和/或扁平柔性电缆 (FFC)的在传感器元件11、传感器元件12以及(如果存在的话)传感器 元件13之间延伸的区域或被挤压并因此而折叠，或被拉开。借助于在图1中示出的、在各标准化传感器元件11与12和/或
12与13之间的第一间距31——该第一间距优选的介于40mm和 60mm之间，例如为57mm——可以覆盖80mm直径至300mm直径的 传感轮直径。
当在图1中示出的电缆抽头27(在当前实施例中，其设在第二标 准化传感器元件12上)制造完成后，在端面19处的标准化传感器元件 电气接头17的区域内以及在柔性膜23的覆盖着标准化传感器元件 11,12和13的端面19的部分上，用塑料材料对标准化传感器元件11,12 和13进行端部压力注塑包封。备选地，柔性膜23或扁平柔性电缆(FFC) 可以通过激光焊接、压接或其它相应的工艺而直接与各个标准化传感 器元件11,12或13的IC相联接。然后，这种联接同样可以利用塑料 进行端部压力注塑包封。在此，优点的一方面在于省去了冲裁骨架和 所需的连接技术一一这降低了制造成本；而优点的另一方面在于，在 需增加部件或者连向IC的接口发生变化、例如从两线接口改成三线 接口时，具有较高的灵活性。此处，形成包边41，该包边41包围标 准化传感器元件11,12和13的设计成圆柱形的壳体。这样，分布在柔 性膜23中的各个电气导线带25之间的电气连^^妄部位或者扁平柔性电 缆(FFC)的分布在各标准化传感器元件11,12和13的端面19处的区域 被封装并受到保护以避免损坏。在端部压力注塑包封29的每一个中 (该压力注塑包封29包围着设计成圆柱形的、标准化传感器元件11,12 和13的壳体)都设有装配开口 35。
从根据图2的视图可知，包含各个电气导线25的柔性膜23设计 成平的。柔性膜23或扁平柔性电缆(FFC)(其可代替柔性膜23而被使 用)的纵向长度通过参考标记37而标识，而柔性膜23的宽度和/或扁 平柔性电缆组件的宽度则通过参考标记39而标识。现在，各个端部 压力注塑包封29通过柔性膜23或扁平柔性电缆(FFC)的自由区域而以 可变形的方式相互连接，由此显著地简化了安装时的操作，而不会损 伤各标准化传感器元件11,12和13相互之间的、通过柔性膜23而实现的电气联接。由根据图2的示图可知，在那里所示出的标准化传感
器元件11,12和13全部布置成具有第一间距31(以标准化传感器元件11,12和13的侧面21为参考)。通过端部压力注塑包封29的形成(其在设计成圓柱形的壳体的上侧部分中将标准化传感器元件11,12和13包围在包边41中)，则电气接头17与电气导线25(其分布在柔性膜23内)之间的电气连接或扁平柔性电缆(FFC)的相应的区域被封装从而避免受损和受潮。
从根据图3和图4的示图中可知在旋转体转动时、用于检测电角度和/或机械角度的数字信号的信号分布。
图3显示，三个标准化传感器元件11，12和13就其机械角度而言布置成各偏移10。机械角度。由图3所示的、在旋转体50(例如传感轮)转动时的信号分布中可知，首先第一标准化传感器元件11被经过而最后第三标准化传感器元件13被经过。在根据图3的示图中，在电角度cp及机械角度上画出了第一标准化传感器元件11的笫一信号分布42、第二标准化传感器元件12的第二信号分布43以及第三标准化传感器元件13的第三信号分布44。信号分布42,43,44可以例如通过旋转体50(其设计成电机的传感轮)而产生。
分别对旋转体50进行探测的传感器元件11,12或传感器元件11,12和13分别记录下由分段88(分别包括一个凹槽和一个突起)所产生的高信号45和低信号46。从根据图5的信号分布42,43和44的示图中可得知，高状态45的各个始端边缘在机械角度上相互滞后10° 。
根据图4的旋转体50包含一定数目的等距布置的分段88，该数目为n,其中，在传感轮作为旋转体50的情况下，F2p相应于电机的电极成对性(Polpaarigkeit)。根据图4的布置可知，单轨(迈nfachspur)52位于旋转体50的外周上。单轨52包含第一凹槽54,在周向方向上，第一突起62排在该第一凹槽54后面。第二凹槽56连到第一突起62处，在第二凹槽56—侧，第二突起64排在该第二凹槽56后面。在单轨内，第三凹槽58连到第二突起64上，第三突起66附连在该第三凹槽58后。由根据图4的示图可知，凹槽54、凹
槽56、凹槽58和突起62、突起64、突起66由传感器系统69所探测，
该传感器系统69参照旋转体而布置在径向定位68中。在图4中示出
的传感器系统69包括三个标准化传感器元件11，12和13，该三个标
准化传感器元件11,12和13通过柔性膜23或扁平柔性电缆(FFC)相互
连接。由于间距较小，柔性膜23被折叠成弯曲形。在单轨52内，从
周向方向上看，各一个凹槽和一个突起(其构成一个分段88)布置在例
如为10°的分度60上。显然，根据旋转体50的直径及获悉角位置、
转速或旋转体50的旋转位置时所应需达到的精度，分度60也可以设
计为不同于10°的其它角度，如果一个或两个分段以相互偏移，胁滅，"
(其中n= 1，2，3，4，5，…12)—一其与分段宽度S相对应一一的方式而排布(对于2p=12，其形成30°的机械角度偏移)，那么由此产生的信号与前面所说的位置相一致。在例如设计为12极偶式的、带有30°的分段宽度S(分度60)的电机中，可能的布置例如为2x10°或2x40。等。此外同样可能的是，将标准化传感器元件11，12和13装配在20。布置中。在此，输出信号与倒退行驶的位序相对应。如果传感组件69的标准化传感器元件11,12,13关于待探测的旋转体50而布置成其它机械角度，则可更容易地更改插头结构。插头的占用也可进行更改，而信号分布则保持不变。
相应地，标准化传感器元件的可能的机械布置通过角位置20°，50°， 80。和110。给出。非对称的布置，其例如以10。角位置或40。角位置所给出，同样提供相同的信号。
根据图5的示图可得知在前进时的信号分布，其带有与电机的各个相位的关系。
从以与图3相关的方式而示出的、对于"前向行驶，，的信号分布中可知，传感器BO(ll)、传感器B1(12)和传感器B2(13)的各个开端信号以电气的方式相互偏移120° 。在至少一个电才几的至少一个初始旋寿争内，传感器信号的信号序列如同在图3的示图中所示那样地被描绘出
来。相应的，作为示例地包括在传感器系统69之内的三个标准化的 传感模块B0(11),B1(12)和B2(13)的信号序列与电机的相位电压U，V和 W相对应。由此，各个传感器信号可以明确地分配给电机的各个相位 U，V和W的相位电压以及其过零点(参看图5的示图)。
由根据图5的示图中，可更详细地获知在前进时的信号分布，其 带有相位U，V,W与各个传感器BO(l 1)、 Bl(12)及B2(13)的对应关系。 下面，将从第一标准化传感器元件U(B0)的第一信号分布42的0°机 械角度出发而进行描述。从图5可知， 一旦第一标准化传感器元件 11(B0)的信号达到其高状态45,则相位电压U经过过零点。如果信号 分布42在15。机械角度及180。电角度时重新到达过零点，第一标准化 传感器元件U的信号分布42呈现其低状态46。分别地，以相位移后 120。电角度的方式或者说以相位移后10。机械角度的方式，电机的相 位电压V和W分別地跟随第二标准化传感器元件12(Bl)的信号分布 43及第三标准化传感器元件13(B2)的信号分布44。以与图6相关的 方式示例性地阐明的运行的优点在于，各个标准化传感器元件11,12 和13或B0,B1,和B2的积i械的角偏差4皮消除。
利用该示例性地以与图5相关的方式所阐明的方法，同样还可能 的是，优化地对电机进行控制，因为，相位U,V及W(它们与传感器 信号分布42,43及44相对应)与各自的相位电压之间不存在相位偏差， 或只存在基本上很小的相位偏差。通过根据本发明提出的方法，可以 对三个各自构造相同的、标准化的传感器元件11,12和13 4耍如下方式 进行装配，即，其中，各个导线或电缆抽头24与三个标准化传感器 元件的对应关系同样可以是任意的。不仅在》务理时，而且包^^在初次 投入运行时，软件可将新安装的、设计成标准化的传感器元件11,12 和13重新与相位U,V和W中与之相对应的那个相位相关联。
权利要求
1. 一种辨识传感器与电机的输出信号的关系的方法，所述电机带有至少两个标准化传感器元件(11，12)，所述至少两个标准化传感器元件(11，12)被分配给旋转体(50)，所述方法具有以下方法步骤a)对于所述电机的第一旋转方向，检测所述至少两个标准化传感器元件(11，12)的传感器信号的任意的信号序列(42，43，44)，b)在所述电机的电角度方面，以对应于每个传感器信号的电角度的偏移(82)的方式来分选所述任意的信号序列，c)使所述电机的相位(U，V，W)的过零点(70，72，74，76，78，80)与传感器信号相关联。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤b)， 对第一旋转方向，在电角度cp上，鉴于从低状态(46)到高状态(45)的电 平转换的出现，来排布所述至少两个标准化传感器元件(11，12)的传感 器信号。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤b), 对第一旋转方向，在电角度cp上，鉴于从高状态(45)到低状态(46)的电 平转换的出现，来排布所述至少两个标准化传感器元件(11,12)的传感 器信号。
4. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述传感器信号 (42,43,44)的从低状态(46)至高状态(45)的电平转换的出现与相位 (U,V，W)的第 一过零点(70,74,78)相关联。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，将所述传感器信号 (42,43,44)的从高状态(46)至低状态(45)的电平转换的出现与相位 (U,V, W)的第二过零点(72,76，80)相关联。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤b) 的所述电角度tp的所述偏移(82)为120。。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选地，所述电机的所述相位(U,V,W)中的每一个相位分别与一个标准化传感器元件 (11,12,13)相关。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据方法步骤c) 传感器的信号分布(42，43,44)与相位(U，V，W)的关联在所述电机的初始 旋转期间进行。
全文摘要
本发明涉及一种用于辨识传感器与电机的输出信号的关联性的方法，该电机带有至少两个标准化传感器元件(11，12)，该至少两个标准化传感器元件(11，12)被分配给旋转体(50)。对于电机的第一旋转方向，检测该至少两个标准化传感器元件(11，12)的传感器信号的任意信号序列(42，43，44)。在电机的电角度φ方面，以与每个传感器信号的电角度φ的偏移(82)相对应的方式来分选该任意信号序列。将电机相位(U，V，W)的过零点(70，72，74，76，78，80)与传感器信号相关联。
文档编号H02P6/16GK101461128SQ200780020303
公开日2009年6月17日 申请日期2007年4月2日 优先权日2006年6月2日
发明者K·雷克伯格, M·埃森哈特, S·瓦尔登迈耶 申请人:罗伯特·博世有限公司