用於運行電動機尤其是內燃機組件的伺服電動機的方法和電路的製作方法
2023-10-04 23:58:09 2
專利名稱：用於運行電動機尤其是內燃機組件的伺服電動機的方法和電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種根據權利要求1的前述部分所述的用於運行電動機的方法和電路。
背景技術：
已知的是將多相電動機用於調節內燃機的組件。例如，已知了用於調節渦輪增壓 器的葉片的偏角的伺服電動機或者用於調節內燃機的節流閥的角位置的伺服電動機。為了調節所希望的角度位置已知的是在電動機上將確定的、預先給定的電勢施 加到電動機的各個相上。電動機的轉子於是轉動至所希望的角位置並且也被保持在那裡。此外，已知的是尤其是為了實現快速過渡至所希望的角位置以及為了避免在過 渡中的超調而設置有調節裝置，藉助該調節裝置來影響各個相上的電勢或電流。這例如可 以藉助脈衝寬度調製來實現。
發明內容
本發明的任務是尤其是在過渡至所希望的角位置方面進一步改進已知的用於運 行電動機的方法。本發明通過根據權利要求1所述的方法以及通過權利要求12所述的電路來解決 上述任務。電動機具有至少兩個相和轉子。轉子的當前角位置被確定並且根據此將電勢施加 到兩個相的至少之一上，使得達到所希望的角位置。根據當前角位置和所希望的角位置確 定期望角速度，該角速度用於影響電勢。在該方法的範圍中，於是角位置被映射成角速度，根據角速度來影響電動機的至 少一個相位上的電勢。以此方式實現了更為快速且更為精確地過渡至所希望的角位置中。特別有利的是根據期望角速度來調節在電動機的至少一個相上存在電勢的規模 或者關係(Verhaeltnis)。尤其是在此可以使用對所述的電勢的脈寬調製。在一個有利的改進方案中，期望-實際偏差基於所確定的角速度來確定。由此，根 據本發明的調節裝置基於角速度，這導致顯著地改進了從當前角位置至所希望的角位置的 過渡。本發明的其他特徵、應用可能性和優點從如下的就本發明的實施例的說明中得 到，這些實施例示出在附圖的數個圖中。在此，所有描述的或示出的特徵本身或者任意組合 地形成了本發明的主題，與在權利要求中的概括或者其回引無關以及與其在說明書或者附 圖中的措辭或者表示無關。
圖1示出了用於運行電動機的電路的示意性電路框圖，
圖2a至2c示出了圖1的電路的開關單元的電路圖，圖3示出了具有圖1的電路和電動機的狀態的表，圖4示出了圖1的電路的信號的示意性時序圖，以及圖5和6示出了用於運行圖1的電動機的方法的示意性電路框圖。
具體實施例方式在圖1中示出了電路10，其具有三相電動機11。電動機11的相用U、V、W表示。 電動機11具有未示出的轉子，並且還設置有三個彼此間隔的霍爾傳感器12，它們的輸出信 號用H1、H2、H3表示。優選地，電動機11是無刷直流電動機，該無刷直流電動機例如設置有12極的轉子 磁體和用於霍爾傳感器12的24極的傳感器磁體。藉助該擴展方案可能的是，通過電動機 11達到5度的轉子磁體的角位置的解析度。相U、V、W的每個的電壓或者電流各由一個開關單元13來提供，輸入信號IN、DIS 分別被輸送給開關單元。輸入信號IN、DIS由控制裝置14產生，霍爾傳感器12的輸出信號 H1、H2、H3被輸送給該控制裝置14，並且該控制裝置以未示出的方式有電動機11的所希望 的角位置的至少一個期望信號。電動機11例如可以使用在車輛的內燃機中，更確切地說作為內燃機的任意組件 的伺服電動機。例如，可以使用電動機11來調整內燃機的渦輪增壓器。在此情況下，例如 可以由車輛的電子燃料噴射裝置來預先給定電動機11的所希望的角位置的期望信號。在圖2a至2c中更為詳細地示出了三個開關單元13之一。應理解的是，以下的闡 述對於圖1的所有三個開關單元13有效。開關單元13具有兩個分別帶有相對(gegensirmig)連接的空轉二極體 (Freilaufdioden)的電子開關HS、LS0這兩個開關HS、LS在此從電池電壓BAT連接至地 GND。在這兩個開關HS、LS之間存在輸出端OUT。兩個開關HS、LS的位置與輸入信號IN、DIS有關。在圖2a至2c中始終示出了同 樣的開關單元13，而基於不同的輸入信號IN、DIS。輸入信號IN、DIS在此可以具有狀態「0」 或「低」(例如不存在電壓)或者「1」或「高」(例如存在電壓)。在圖2a中適用於IN = 0，DIS = 0。藉助激勵將開關HS打開而將開關LS閉合。 由此，輸出端OUT在地GND上。在圖2b中適用於IN= 1，DIS = 0。藉助激勵將開關HS閉 合而將開關LS打開。由此，電池電壓BAT在輸出端OUT上。在圖2c中適用於IN=任意， DIS = 1。藉助該激勵，將兩個開關HS、LS打開。基於兩個續流二極體，由此在輸出端OUT上 存在如下電勢，其既不對應於電池電壓BAT，也不對應於地GND ；該狀態稱作「空載(open) 」。通過將確定的、預先給定的電勢施加到電動機11的三相U、V、W上，可以引起電 動機11的轉子磁體的轉動運動。電動機11的確定的角位置在此分別於被分配給針對相 U、V、W的所屬的電勢組合。藉助這些電勢組合也可以將電動機11保持在所希望的角位置 (Winkelstellung)中。在圖3的表中，在最上部的行中記錄有在水平方向上的十二個角位置。十二個角 位置之間的間隔相應於已經提及的5度的解析度。總之，十二個角位置覆蓋0度到55度 (包括邊界值)的角區域。在該行中在十二個角位置之下說明了激勵編號「AnstNr」，藉助激勵編號將角位置從編號「0」連續編號至編號「 11 」。在圖3的表的第三、第四和第五行中針對十二個角位置的每一個分別記錄對於三 個相U、V、W的所屬電勢。如已經提及的那樣，三個相互設置的用於相U、V、W的電勢形成 電勢組合，電動機11的轉子磁體藉助該電勢組合可以轉動至所屬的角位置中並且保持在 那裡。於是，如果例如在相U上產生狀態「空載」，電池電壓BAT在相V上並且相W在地GND 上，則25度的角位置屬於該電勢組合。在圖3的表的第六、第七和第八行中，針對十二個角位置的每一個分別記錄有霍 爾傳感器12的所屬的輸出信號HI、H2、H3。輸出信號HI、H2、H3在此可以具有狀態「 1 」或 「高」(例如存在電壓)和「0」或「低」(例如不存在電壓)。相應三個相互設置的輸出信號 HI、H2、H3合成整體並且形成霍爾編號「HallNr」，霍爾編號包含在圖3的表的倒數第二行 中。霍爾編號的每一個由此表示十二個可能的角位置之一。在電動機11的此擴展方案中，對於十二個角位置僅僅存在六個霍爾編號。在圖3 的表中得到的是用於「0度」到「25度」的角位置與用於「30度」至「55度」的角位置的霍 爾編號「1」至「6」相等。霍爾編號於是本身不能單獨地明確區分十二個角位置。該問題如下地解決在首次接通電路10之後由控制裝置14讀入輸出信號H1、H2、 H3並且從圖3的表中讀出所屬的兩個角位置。示例性地應假設的是對於輸出信號H1、H2、 H3適用於如下情況=Hl =高，H2 =高，H3 =低。輸出信號H1、H2、H3對應於「 15度」和「45 度」的角位置。由於所闡述的不存在的明確性，不清楚電動機11當前實際處於哪個角位置。 所以，電動機11被轉動到恰好處於兩個所讀出的角位置之間的角位置中。在此例子中，在 此，為「30度」的角位置。於是相U、V、W被施加以屬於「30度」或激勵編號(AnstNr) 「6」 的電勢。於是，電動機11的轉子磁體轉動到30度的角位置。現在於是已知了電動機11的 當前實際的角位置。當前角位置存儲在控制裝置14中。此外，在圖3的表中在最後的行 中記錄霍爾偏置「HallOS」，藉助霍爾偏置於是可能的是，將「0度」至「25度」或「30度」至 「55度」的角位置的兩個不明確的區域彼此區分。例如，「0度」至「25度」的角位置與霍爾 偏置「0」相對應，「30度」至「55度」的角位置與霍爾偏置「 1 」相對應。在電動機11的以下的工作中，藉助所謂的中斷輸送給控制裝置14的輸出信號HI、 H2、H3繼續被分析。在此得到的、輸出信號HI、H2、H3的改變被解釋為電動機11的轉動運 動並且相應地被一同考慮。電動機11的新的當前角位置於是藉助輸出信號H1、H2、H3存儲 在控制裝置14中。由此，在任何時刻都明確地已知電動機11的相應實際當前的角位置。如果在電動機11的運行中要調節其它角位置，則相位U、V、W被施加以屬於所述其 它角位置的電勢。例如，如果要所述的「30度」的電動機11的角位置調整到例如「40度」， 則從圖3的表中讀出所屬的電勢組合併且施加到電動機11的相U、V、W上。電動機11的轉 子磁體於是轉動至所希望的角位置中。通過藉助霍爾傳感器13的輸出信號H1、H2、H3確定電動機11的當前角位置，來檢 查對所希望的角位置的達到。如果當前角位置與所希望的角位置相一致，則電動機11的轉 子磁體已達到所希望的角位置。轉子磁體從當前角位置至所希望的角位置的過渡尤其是隨目的而被調節，以便盡 可能快速地實施過渡並且在此在很大程度上避免超調。對此，考慮輸入信號DIS。於是，參 照圖2b來闡述當輸入信號IN = 1和輸入信號DIS = 0時，電池電壓BAT在輸出端OUT上。從該狀態出發，輸入信號DIS可以受影響使得其交替地是「0」和「1」。對於DIS = 0得到 (如所述的那樣)，OUT = BAT,而對於DIS= 1根據圖2c得到OUT=空載。輸入信號DIS 的影響於是導致在輸出端OUT上並不連續地存在電池電壓BAT，而是電池電壓BAT僅僅以如 輸入信號DIS等於「0」的那個規模存在。在圖4中關於時間繪製了輸入信號IN、DIS和在輸出端OUT上的電勢。如前面所 闡述的那樣，輸入信號IN等於「1」而輸入信號DIS交替地是「0」或「1」。如同樣所闡述的 那樣，這導致，在輸出端OUT上僅僅以如輸入信號DIS等於「0」的規模存在電池電壓BAT。 藉助於改變輸入信號DIS等於「0」或「1」的時間間隔的比例，可以調節電池電壓BAT在輸 出端OUT上的規模。這是在輸出端OUT上的電池電壓BAT的脈寬調製。在圖5和圖6中示出了一種方法，藉助該方法可以調節轉子磁體從當前角位置至 所希望的角位置的前面所述的過渡。該方法優選可以藉助計算機裝置來執行，該計算機裝 置設置有相應的電腦程式。該計算機裝置優選可以包含在控制裝置14中。圖5和圖6的方法在相繼的時刻運行。在每個時刻執行如下所闡述的步驟並且相 應地讀入或者生成輸入量和輸出量。如果必要，則藉助索引i來使屬於一個時刻的量彼此 區分。索引i涉及該方法的當前的運行並且索引i_l具有如下意義涉及在該方法的最後 運行中所確定的量。將當前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq作為輸入量輸送給圖5的方 法。當前角位置Phipos是電動機11的、根據霍爾傳感器13的輸出信號H1、H2、H3中從圖 3的表中得到的角位置。如果輸出信號H1、H2、H3當前例如具有狀態「高」、「低」、「高」，並且 霍爾偏置當前例如為「1」，則電動機11的轉子磁體處於「35度」的角位置。於是在該情況 下當前角位置Phipos是35度。所希望的角位置phiposreq是電動機11的所希望的角位 置的開始提及的期望信號或者所希望的角位置phiposreq從該期望信號導出。於是，當前 角位置phipos和所希望的角位置phiposreq是已知的量。當前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq被輸送給塊21。對於塊21的輸 出量phiposdiff適用於如下等式phiposdiff = phiposreq-phipos(1)輸出量phiposdiff是角度差並且被輸送給特性曲線和正負號函數23。藉助該特 性曲線將角度差phiposdiff反映到角速度dphiposdiff。藉助正負號函數23來考慮角度 差phiposdiff的代數符號。特性曲線22和正負號函數23的輸出量輸送給塊24，該塊將這 兩個輸出量彼此相乘。藉助塊26和時間延遲裝置27 (所希望的角位置phiposreq分別被輸送給它們) 實現如下等式dphireq = phiposreq ⑴-phiposreq (i_l)(2)量dphireq是角速度，該角速度從過渡至所期望的角位置phiposreq中形成。後繼的塊29根據如下等式將目前確定的量相關聯dphides = dphireq+[signum(phiposdiff)^dphiposdiff] (3)量dphides是在當前角位置phipos和所希望的角位置phiposreq的情況下能夠 (在所提及的目的的意義上)會實現儘可能良好的過渡的期望角速度。藉助塊31和時間延遲裝置32 (當前角位置phipos分別被輸送給它們)實現如下等式dphiact = phipos(i)-phipos(i-l)(4)量dphiact是當前實際存在的角速度。當前角速度dphiact和期望角速度dphides被輸送給塊34，該塊執行減法。這是對 圖5的方法的期望-實際偏差的確定並且由此是所闡述的調節。此外，期望角速度dphides 被輸送給正負號函數35，藉助該正負號函數來考慮期望角度度dphides的代數符號。後繼的塊36根據如下等式將目前確定的量相關聯dphideltapos = signum(dphides)氺[dphiact-dphides](5)量dphideltapos是角速度的差，其中當前角速度dphiact必須被改變了該差，以 便實現所希望地、儘可能良好地過渡至所希望的角位置phiposreq。在圖6中，量dphideltapos被輸送給特性曲線41，藉助該特性曲線可以考慮最後 由量dphideltapos激勵的執行器的特性。在此情況下，藉助特性曲線41尤其是可以進行 與電動機11的匹配並且必要時可以進行與連接在前的運行電路的匹配。特性曲線41的輸出信號被輸送給加法塊42並且隨後輸送給限制裝置43。該限制 裝置43對此設計為將加法塊42的輸出信號限制於正的最大值和負的最大值。限制裝置 43的輸出信號被稱作dutyCyCle(佔空比)。量dutycycle通過時間延遲裝置44輸送給加 法塊42。在那裡，量dutycycle和量dphideltapos相加。量dutycycle由此通過時間延遲 裝置44來反饋。藉助量dutycycle來改變其中輸入信號DIS等於「0」和「 1」的持續時間的比例。於 是藉助量dutycycle來調節電池電壓BAT在輸出端OUT上的規模(Umfang)。量dutycycle 於是是如下的量藉助該量來影響在輸出端OUT上存在的電池電壓BAT的所提及的脈寬調 制。此外，根據圖6也提供了量pattern (模式)。該量pattern是相U、V、W的針對電 動機11的所希望的角位置根據圖3所必須調節的那些電壓。該量pattern在此可以根據 圖3的表順序地改變，即始終以5度的步長來改變。可替選地，也可能的是，量pattern以 更大的步長寬度來改變。這例如可以在所希望的角位置與當前角位置距離超過15度時才 情況如此。因此由圖5和6的方法產生量dutycycle和量pattern。量dutycycle調節電池 電壓BAT在輸出端OUT上的規模，而量pattern說明了用電池電壓BAT所激勵的那些相U、 V、W。相和電池電壓的所述的規模於是對此是決定性的執行電動機11的轉子磁體如何從 當前角位置Phipos過渡至所希望的角位置phiposreq。當前角位置phipos通過霍爾傳感 器13來測量並且由此是所闡述的調節的反饋迴路。藉助圖5和6的方法因此可以通過對在電動機11的相U、V、W的至少之一上的電 勢的脈寬調製來將電動機11的角位置調節到預先給定的角範圍內。在該調節的範圍中，角 位置被反映在角速度中並且基於所確定的角速度執行調節的期望-實際偏差。如果當前角位置與所希望的角位置僅僅微小地偏差例如偏差小於15度，則可能 的是量pattern保持不變，而僅僅量dutycycle改變。由此，電動機11的轉子磁體可以精 確地調節到所希望的角位置並且由此保持在那裡。
權利要求
一種用於運行電動機(11)的方法，其中該電動機(11)具有轉子和至少兩個相(U，V，W)，並且其中在該方法中確定該轉子的當前角位置(phipos)並且根據該當前角位置將電勢施加到兩個相的至少之一上，使得達到所希望的角位置(phiposreq)，其特徵在於，根據當前角位置(phipos)和所希望的角位置(phiposreq)來確定期望角速度(dphides)，並且使用該期望角速度(dphides)來影響該電勢。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，根據該期望角速度(dphides)來調節在該電動機 (11)的至少一個相(U，V，W)上存在電勢的規模或者關係。
3.根據上述權利要求之一所述的方法，其特徵在於，根據所希望的角位置 (phiposreq)藉助時間延遲裝置來確定所希望的角速度(dphireq)。
4.根據上述權利要求之一所述的方法，其中，根據當前角位置(phipos)和所希望的角 位置(phiposreq)來構成角差(phiposdiff)，將該角差輸送給特性曲線(22)，該特性曲線 由此導出角速度(dphiposdiff)。
5.根據權利要求3和4所述的方法，其中根據所希望的角速度(dphireq)和由該特性 曲線(22)確定的角速度(dphiposdiff)來導出該期望角速度(dphides)。
6.根據上述權利要求之一所述的方法，其中根據當前角位置(phipos)藉助時間延遲 裝置(32)來確定當前角速度(dphiact)。
7.根據權利要求6所述的方法，其中根據當前角速度(dphiact)和期望角速度 (dphides)來確定期望-實際偏差。
8.根據權利要求7所述的方法，其中該期望_實際偏差藉助脈衝寬度調製來影響該電 動機(11)的相(U，V，W)的至少之一的電勢。
9.根據權利要求8所述的方法，其中該期望-實際偏差通過時間延遲裝置(44)來反饋。
10.用於執行根據權利要求1至9之一所述的方法的電腦程式。
11.一種控制裝置(14)，具有用於執行根據權利要求1至9之一所述的方法的電腦程式。
12.—種電路(10)，尤其是用於車輛，該電路具有根據權利要求11的控制裝置(14)。
13.根據權利要求12所述的電路(10)，其中該電動機(11)被構建為伺服電動機並且 尤其是被設置用於調整內燃機的渦輪增壓器。全文摘要
本發明描述了一種用於運行電動機尤其是內燃機組件的伺服電動機的方法和電路。該電動機具有轉子和至少兩個相。在該方法中，確定轉子的當前角位置(phipos)並且根據該當前角位置將電勢施加到兩個相的至少之一上，使得達到所希望的角位置。根據當前角位置(phipos)和所希望的角位置(phiposreq)確定期望角速度(dphides)，使用該期望角速度(dphides)來影響電勢。
文檔編號H02P6/16GK101938236SQ201010253448
公開日2011年1月5日 申請日期2010年6月29日 優先權日2009年6月30日
發明者M-J·霍夫曼 申請人:羅伯特·博世有限公司