[发明专利]用于确定旋转元件的转动位置的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于确定被分配给电机、例如尤其是直流换向电机或者由其驱动的旋转元件的转动位置的方法，其中检测包含在电机的电枢电流中的电流脉动(Stromrippel)，并且根据电流脉动的数目来确定旋转元件的转数。

本发明还涉及一种在权利要求1的前序部分中所说明类型的设备。

背景技术

例如从WO 02/095924 A1中公知有这种类型的方法以及设备。

直流换向电机的电枢电流信号除了包括直流分量以外还包括叠加在直流分量上的交流分量，该交流分量通过磁体或磁场、电枢绕组和换向器的相互作用而产生。在此，电枢电流信号的脉动性基于感应生成的电压的相应的短时变化。由于在电枢旋转时，电枢电流信号中所包含的电流峰值或电流脉动以与整流子片的数目相对应的频度出现，因此对电流脉动的计数可以给出关于电枢的当前转动位置或关于相应被驱动的元件的信息。为此，可以将模拟的电枢电流信号数字化，以便能够进行相应的计数。

在直流电机运行时，尤其是在载荷状态下可能发生的是，电枢电流信号中所含有的电流脉动以失真的形式出现，其中这样的失真尤其是通过两个电流峰值或者所谓的双脉动而引起注意。但是现在对这样的双脉动的计数可能导致对所驱动的元件的有误的位置确定。相同的情况也适用于在电枢轴的实际转动时的电流脉动的缺少、即所谓缺失脉动。

对电机位置的测量可以在有传感器或者没有传感器的情况下进行。在此，尤其是无传感器的测量系统容易受到相应干扰的影响。

发明内容

本发明所基于的任务是，提供开头所述类型的改进的方法以及改进的设备，其中利用所述方法和设备可以通过简单且可靠的方式识别和校正测量误差。

在方法方面，该任务根据本发明通过如下方式来解决：为了检测电流脉动检测中的误差而连续地测量每两个彼此相继检测出的电流脉动之间的时长，并且通过该时长的倒数确定所检测出的电流脉动的频率；在相应地出现从时间上的频率变化曲线得出的频率信号超过可预先给定的值的不允许改变时推测出电流脉动检测中的误差；尤其是根据基于剩余的测量数据得出的可能波形来校正在所检测出的不允许改变的区域中的频率信号的波形；以及通过经过校正的频率信号确定旋转元件的转数。

本发明所利用的情况是，电流脉动的频率由于旋转系统的惯性而不会突然改变。因此，偏离于所预期的频率变化曲线的频率变化曲线被解释成误差。然后在出现误差的区域中，频率变化曲线通过与所预期的频率变化曲线相匹配而被校正。然后通过经由经过校正的频率信号来确定旋转元件的转数，有关的误差可以被消除。

优选地可以基于正确检测出的电流脉动的确定的时间上的频率变化曲线并且根据基于电机的可预先给定的取样点、启动时刻、关闭时刻以及停止时刻和/或等等所得出的可能波形来校正频率信号的波形。在此，为了识别有误的测量点尤其是可以使用后面将进一步阐述的计算方法。

按照根据本发明的方法的优选实用扩展方案，通过对经过校正的频率信号进行时间上的积分来确定旋转元件的转数。

在此，尤其是可以通过经过校正的频率信号确定旋转元件的在两个所检测出的电流脉动之间得出的转动位置。在此，优选地通过对经过校正的频率信号进行时间上的积分来确定旋转元件的在两个所检测出的电流脉动之间得出的转动位置。

在电机的电枢电流中所包含的电流脉动可以在没有传感器的情况下直接地或者通过至少一个传感器被检测。基于根据本发明的误差检测和误差校正，尤其是也可以在无传感器的系统的情况下进行可靠的测量。

为了检测所述不允许改变，优选地通过频率的积分来计算脉冲的数目。两个彼此相继确定的频率的积分结果必须得出1个脉冲。如果该结果出现不允许的偏差，则该测量作为有误的测量而被丢弃。然后，一旦随后出现正确的测量数据，就可以事后计算出实际的脉冲数目。该计算又可以借助于对出现误差之前和之后的正确频率的积分来进行。

测量的精确度可以通过如下方式被进一步提高：有利地对在两个正确的测量之间通过对频率信号进行积分所得出的电流脉动数目的值进行舍入。

该精确度尤其是也可以通过如下方式来提高：在已知的取样点、关断时刻、和停止时刻对相关频率进行补充并且例如像所说明的那样计算出脉冲数目。在启动和停止时刻，频率等于0。由于根据本发明，在关断时刻预期存在最大的干扰并且由此预期存在测量误差并且此外在关断以后电机的转速快速下降，因此需要在数学上考虑关闭时刻。所设想的在关闭时刻的频率应当是在关闭之前的最后的被正确测量出的频率。同样，确定停止时刻还要困难一些。为了确定该停止时刻，例如下面三个不同的可能性是有利的：