专利名称：具有转子位置预测和内插的电子整流电动机和方法
具有转子位置预测和内插的电子整流电动机和方法本发明涉及一种电子整流电动机。电子整流电动机具有定子和特别是永磁设计的转子。电动机也具有控制单元，所述控制单元和定子作用连接，并且设计成如此地产生用于定子整流的控制信号，即定子可产生用于转子旋转运动的旋转磁场。电动机也具有至少一个转子位置传感器，所述转子位置传感器设计成检测转子的转子位置，特别是角位置，和产生代表转子位置的转子位置信号。将控制单元设计成根据转子位置信号产生控制信号。DE 103 32 381 Al公开了一种电动机。在这种电动机中无传感器地检测转子的转子位置，并且用于转子旋转运动的绕组电流相对于转子旋转的电流特性曲线连续地无突然跃变地延伸，并且没有用于无传感器转子位置检测的电流空隙。在快速旋转的电子整流电动机中存在这样的问题，即在转子旋转期间应经常更换整流模型时在电动机运行期间必须以高的检测频率检测转子位置。然后为此电动机的控制单元必须具有相应高的计算能力。极据本发明将本文开头所述类型的电子整流电动机的控制单元设计成扫描和量化转子位置信号，并且产生数字转子位置信号。所述数字转子位置信号形成时间数据流，所述数据流相当于被扫描和被量化的转子位置信号，其中，控制单元具有内插器。将所述内插器设计成在数字转子位置信号中产生至少一个位于两个在时间上前后相继的转子位置数值之间的中间值。通过内插器特别是对模拟的转子位置信号进行扫描和量化的模拟-数字转换器的扫描频率有利地可比没有内插器的小。通过这一措施例如由FPGA或者ASIC组成的控制单元的计算能力有利地可比没有内插器的小。此外，优选地将控制单元设计成将数字式的转子位置信号作为数字式预测-转子位置信号产生，其中，数字预测转子位置信号，特别是时间数据流，包括至少一个，或者多个在未来的时间上超过转子位置信号的转子位置数值。优选地将内插器设计为产生在两个未来的转子位置数值之间的中间值。通过如此形成的预测转子位置信号有利地实际的转子位置，或者未来的转子位置的转子位置可提供给电动机的整流使用。在例如模拟的转子位置信号转变为数字式的转子位置信号之后，转子位置传感器，特别是角传感器可将如此转换的转子位置信号用于进一步的信号处理之前还可有利地可将如此预报的转子位置用于电动机的整流。优选地转子位置传感器是一种角传感器。角传感器例如是一种巨磁电阻传感器 (GMR-传感器)，或者是一种各向异性磁电阻传感器(AMR-传感器)。在另一实施形式中电动机例如具有多个霍耳传感器。将这些霍耳传感器分别设计为产生一种特别是模拟的转子位置信号。优选地将角传感器，特别是GMR-传感器，或者AMR-传感器设计为生产一种时间连续的，优选地时间连续地代表绝对的转子位置的，且特别是模拟的转子位置信号。然后，角传感器的角度分辨率是通过将模拟的转子位置信号进行模-数转换的模-数转换器的扫描速率确定的。在一个优选的实施形式中，将控制单元设计成根据另一些借助转子位置传感器检测的转子位置，特别是根据原则FIFO (FIFO=First-in-First-out)对特别是数字的预测-转子位置信号进行修正。为此，预测-转子位置信号例如可通过一定数量的转子位置数值形成，其中，所述转子位置数值用每个新的由角传感器检测的一进一步优选地附加地由模-数转换器转换的-转子位置数值，按照FIFO原则实现。这样有利地电动机的整流也可用非静态的运动模型进行。例如在转子旋转期间控制单元可将大量彼此不同的整流模型加载到定子上。在一个优选的实施形式中将控制单元设计为根据作为待近似的初始函数的转子位置信号借助近似函数产生数字的预测转子位置信号。通过这一措施可有利地为未来的转子位置估算借助转子位置传感器产生的转子位置信号。优选地近似函数是一种多项式，特别至少是二阶，或者准确的是二阶或者三阶的多项式。近似函数的其它有利的实施例是样条(Spline)-函数，或者是指数函数。在一个有利的实施形式中控制单元具有计时器，并且设计成根据由计时器产生的时间信号产生预测-转子位置信号，其中，计时器的节拍频率大于数字的转子位置信号的彼此相继的转子位置数值的重复频率，并且根据预测-转子位置信号对定子进行整流。通过这一措施有利地可根据预测-转子位置信号的内插数值对定子进行整流。优选地可将控制单元设计成求出预测-转子位置信号的优选的未来的转子位置数值的整流时刻，并且更进一步优选地在未来的转子位置数值整流定子。本发明还涉及一种用于电子整流电动机，特别是前面所述电动机的运行方法。在这种方法中借助转子位置传感器检测转子位置，并且产生与转子位置相对应的转子位置信号。此外，在该方法中优选地对转子位置信号进行扫描和量化，并且产生特别是数字的，且形成时间的数据流的预测-转子位置信号。所述预测-转子位置信号代表被扫描和被量化的转子位置信号，并且包括至少一个，或者多个未来的，且在时间上超出转子位置信号的转子位置数值。在本方法的一个优选的实施形式中，根据另一些借助转子位置传感器检测的转子位置对数字的预测-转子位置信号进行修正。在本方法的一个有利的实施方案中，通过根据作为初始函数的转子位置信号形成近似函数产生数字的预测转子位置信号。在这种情况中，初始函数是一种待近似的函数，即它可形成用于产生近似函数的支撑位置。通过这一措施预测-转子位置信号也可在通过这些支撑位置形成的-例如借助转子位置信号形成的，或者由这种转子位置信号产生的-区域上外推。近似函数优选地是一种二阶或者三阶的多项式函数。在本方法的一个优选的实施形式中根据预测-转子位置信号按照时间间隔过程完成定子的整流，其中，所述过程相当于预定的整流时刻。优选地借助至少一个，优选地预定的整流模型完成整流。通过这一措施有利地可在借助转子位置传感器产生的转子位置数值存在之前就已完成整流。在该方法中根据近似函数，例如多项式、样条函数、或者另一合适的近似函数求出未来的转子位置数值。有利地通过相应快速的计算单元完成所必需的乘法计算。控制单元例如可以是一种微处理器、微控制器、或者FPGA(FPGA=Field-Pr0gramma ble-Gate-Array)、或者 ASIC (ASIC=Application-Specific-Integrated_Circuit)0 控制单元例如通过控制程序进行控制，所述控制程序存储在数据载体上，并且和数据载体一起组成计算机程序产品。本发明也涉及一种用于前述类型的电动机的前述类型的控制单元。然后控制单元没有转子、没有定子，并且设计与电动机的定子连接。现在在下面借助附图和另一些实施例对本发明进行描述。另一些有利的实施方案产生自前面所描述的特征、在
中所述的特征和在从属权利要求中所说明的特征。图1示出具有根据本发明的控制单元的电子整流电动机的一个实施例。图2示出在图1中示出的电动机的运行方法。图3示出曲线图，所述曲线图示出在图1中示出的电动机的工作方式，以及在图2 中示出的方法。图1示出电子整流电动机1的一个实施例。电动机1具有一个带有三个定子线圈， 即定子线圈12、定子线圈14和定子线圈16的定子10。定子10也具有角传感器，所述角传感器例如可产生例如模拟的转子位置信号。将角传感器18设计成检测电动机1的转子11 的转子位置。角传感器18借助连接装置50与电动机1的控制单元30连接。控制单元30 具有模拟-数字转换器27，所述转换器在输入侧与连接装置50，并且因此与角传感器18连接。角传感器的角度分辨率在模拟的，特别是时间连续地形成转子位置信号的情况中是通过模拟-数字转换器的扫描率确定的。模拟-数字-转换器27在输出侧通过连接导线M 与多项发生器四连接。模拟-数字转换器27设计成对在输入侧通过连接装置50接收的转子信号进行扫描，并且产生扫描数值的时间序列，这些扫描数值分别代表转子位置信号的振幅值。模拟-数字转换器27在输出侧通过连接导线M与多项式发生器四连接。将多项式发生器四设计成根据通过连接导线M接收的，表示转子11的转子位置的扫描数值产生近似函数， 所述近似函数至少大致地体现通过扫描数值按位置方式体现的曲线特征。将多项式发生器优选地设计成借助最小误差平方方法产生近似函数。近似函数优选地是一种多项式，特别是二阶或者三阶的多项式。特别是也可以设想(特别是根据多项式发生器所需的计算时间)一种多于三阶的多项式。将多项式发生器四设计为确定前面求出的近似函数，特别是多项式的多项系数， 并且将这个多项式系数在输出侧通过连接导线56输出到系数存储器32中。为此，所述多项式发生器四例如为每个多项式系数具有一个FIR过滤器。在这个实施例中示范性地示出三个HR过滤器36、38、39。将系数存储器32设计成存储由多项式发生器四产生的多项多系数。系数存储器32在输出侧通过连接导线58与预测器34连接。所述预测器34设计成将在系数存储器32中存储的系数通过连接导线58读出，并且产生在时间上连续的，并且体现转子位置数值的数据流，并且将这个数据流在输出侧通过连接导线60输出到控制单元42中。其中，所述数据流包括在时间上连续的未来的转子位置数值-在本实施例中用点表示_，所述的转子位置数值分别体现未来的，角传感器还未检测的转子位置，特别是具有比由模拟-数字转换器产生的转子位置信号更高的角分辨率。在这个实施例中数据流形成前面提到的预测-转子位置信号。近似函数，特别是多项式例如可如下地形成
权利要求
1.电子整流电动机(1)，具有定子(10)和特别是永磁设计的转子(11)和控制单元 (30)，所述控制单元(30)与定子作用连接，并且设计成如此地产生用于定子(10、12、14、 16)的整流的控制信号，即定子(10、12、14、16)可产生用于转子(11)旋转运动的旋转磁场， 并且电动机(1)具有至少一个转子位置传感器(18)，所述转子位置传感器设计成检测转子 (11)的转子位置，并且产生表示转子位置的转子位置信号，并且控制单元(30)设计成根据转子位置信号产生控制信号，其特征在于，将控制单元(30)设计成扫描和量化(27)转子信号，并且产生数字的转子位置信号(95、100、102、104、106、108、110、112)，所述转子位置信号形成时间上的数据流，所述数据流相当于扫描的和量化的转子位置信号，其中，控制单元具有内插器，所述内插器设计成在数字转子位置信号中产生至少一个存在于两个在时间上前后相继的转子位置数值之间的中间值(118、119、120)。
2.按照权利要求1所述的电动机(1)，其特征在于，将控制单元设计成将数字转子位置信号作为数字预测转子位置信号产生，所述数字预测转子位置信号包括至少一个或者多个未来的、在时间上超越转子位置信号的转子位置数值(108、110、112)，并且将内插器(34) 设计成在两个未来的转子位置数值(108、110、112)之间产生中间数值(118、119、120)。
3.按照权利要求2所述的电动机(1)，其特征在于，设计控制单元(30)，用于根据其它的借助转子位置传感器(18)检测的转子位置对数字的预测转子位置信号(95、100、102、 104、106、108、110、112)进行修正。
4.按照权利要求2或3所述的电动机(1)，其特征在于，设计控制单元(30)，用于借助近似函数根据作为初始函数的转子位置信号(100、102、104、106)产生数字的预测-转子位置信号(95、100、102、104、106、108、110、102)。
5.按照权利要求4所述的电动机(1)，其特征在于，所述近似函数特别是至少二阶的多项式。
6.按照前述权利要求中的至少任一项所述的电动机，其特征在于，控制单元(30)具有计时器(134)，并且设计成根据由计时器(134)产生的时间信号产生预测转子位置信号 (95)，其中，计时器的节拍频率比数字式转子位置信号的前后相继的转子位置数值的重复频率要大，并且根据预测转子位置信号(95 )对定子进行整流(115、117 )。
7.用于特别是按照权利要求1-5中的任一项所述的、且具有转子的电子整流电动机的运行方法，在所述方法中，借助转子位置传感器(18)检测转子(11)的转子位置，并且产生和转子位置相对应的转子位置信号，并且在所述方法中对转子位置信号进行扫描，并且予以量化，并且产生形成时间上的数据流的数字式转子位置信号(95、100、102、104、106、108、 110、112)，所述信号表示被扫描和被量化的转子位置信号，其中，借助内插法在数字式转子位置信号中产生至少一个位于两个在时间上前后相继的转子位置数值之间的中间数值 (118、119、120)。
8.按照权利要求7所述的方法，在所述方法中，将数字式转子位置信号作为数字式预测-转子位置信号(95、100、102、104、106、108、110、112)产生，所述预测转子位置信号包括至少一个或者多个未来的在时间上超越转子位置信号的转子位置数值(108、110、112)，并且将内插器设计为在两个未来的转子位置数值之间产生中间值。
9.按照权利要求8所述的方法，在所述方法中，根据借助转子位置传感器检测的另外的转子位置，按照先进先出原则对数字的预测转子位置信号(95、100、102、104、106、108、、110、112)进行修正。
10.按照权利要求8至9所述的方法，其特征在于，通过根据作为初始函数的转子位置信号形成近似函数而产生数字式预测-转子位置信号。
11.按照权利要求10所述的方法，其特征在于，近似函数是特别至少为二阶的多项式函数。
12.按照权利要求9或10的任一项所述的方法，其特征在于，近似函数是样条函数。
13.按照权利要求8至12中的任一项所述的方法，其特征在于，根据预测-转子位置信号(95、100、102、104、106、108、110、112)，优选地借助整流模型对定子进行整流(115、 117)。
全文摘要
本发明涉及一种电子整流电动机。所述电子整流电动机具有定子和特别是永磁设计的转子。电动机也具有控制单元，所述控制单元与定子作用连接，并且设计成如此地产生用于定子整流的控制信号，即定子可产生用于转子旋转运动的磁性的旋转磁场。并且电动机也具有至少一个转子位置传感器，所述转子位置传感器设计成检测转子的转子位置，特别是转子的角位置，并且产生表示转子位置的转子位置信号。将控制单元设计成根据转子位置信号产生控制信号。根据本发明，将控制单元设计成扫描和量化转子位置信号，并且产生数字转子位置信号。所述数字转子位置信号形成时间的数据流，所述数据流相当于扫描的和量化的转子位置信号，其中，控制单元具有内插器，将所述内插器设计成在数字转子位置信号中产生至少一个存在于两个在时间上前后相继的转子位置数值之间的中间值。
文档编号H02P6/16GK102474211SQ201080036361
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月27日 优先权日2009年8月17日
发明者普勒廷克克斯 J., 施泰因勒希纳 S. 申请人:罗伯特·博世有限公司