SCHALTUNGSANORDNUNG ZUM ANSTEUERN EINER SYNCHRONMASCHINE UND VERWENDUNG EINER

SOLCHEN ANORDNUNG

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und eine Schaltungsanordnung gemäß Oberbegriff von Anspruch 13.

Die DE 10 2005 019 515 AI beschreibt ein Verfahren zum Messen der Drehzahl eines elektronisch kommutierten Motors, der ein Primärteil mit einer Wicklung und ein Sekundärteil mit in Umfangsrichtung zueinander versetzten, abwechselnd in zueinander entgegengesetzte Richtungen magnetisierten Magnetsegmenten aufweist, wobei das Sekundärteil relativ zu dem

Primärteil verdreht wird. Mehrere Magnetfeld-Sensoren detek- tieren die Lage der Magnetsegmente, wobei die Zeit zwischen zwei Änderungen des Lagemesssignals gemessen wird. Bei der Berechnung der Drehzahl wird der Einfluss von Toleranzen der Magnetsegmente hinsichtlich ihrer Positionierung und/oder ihrer Abmessung kompensiert, wobei bevorzugt für jede der

Magnetsegment-Sensor-Kombinationen jeweils ein Korrekturfaktor ermittelt, gespeichert und zur Korrektur des Drehzahl ^¬ signals verwendet wird.

Das oben beschriebene Verfahren nach dem Stand der Technik weist den Nachteil auf, dass durch unterschiedliche Schalt ^¬ schwellen der verschiedenen Magnetfeldsensoren verursachte Fehler nur dann korrigiert werden können, wenn für beide

Drehrichtungen des Motors je ein Korrekturfaktor für jede

Magnetsegment-Sensor-Kombination ermittelt wird. Nach einem Stillstand des Fahrzeugs muss erneut ein vollständiger Satz von Korrekturfaktoren ermittelt und mit den gespeicherten

Werten abgeglichen werden, was aufgrund der Vielzahl benö- tigter Korrekturfaktoren sehr zeitaufwendig ist. Auch eine Abhängigkeit der Korrekturfaktoren von der Drehzahl des Motors kann auftreten, da diese den Einfluss von Winkelfehlern und Signallaufzeiten nicht gleichzeitig korrekt beschreiben können .

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung der Motordrehzahl bereitzustellen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das in An ^¬ spruch 1 definierte Verfahren.

Es wird also ein Verfahren bereitgestellt, bei dem die Dreh ^¬ zahl des Rotors einer elektronisch kommutierten Synchronmaschine mittels einem oder mehreren, insbesondere drei statorfesten, Rotorpositionssensoren und einer Zeitmesseinrichtung bestimmt und/oder geregelt wird, wobei der vom Ro ^¬ tor durchlaufene Winkel sowie die währenddessen verstrichene Zeit gemessen werden, wobei der gemessene vom Rotor durchlaufene Winkel mit einer oder mehreren ersten Korrekturkonstanten korrigiert wird, insbesondere indem eine Differenz ^¬ bildung zur Korrektur des Einflusses von ungleichmäßiger Positionierung und/oder Ausdehnung von Positionsmarkierungen des Rotors vorgenommen wird. Unter Positionsmarkierungen des Rotors werden sektorweise unterschiedlich magnetisierte Encoderräder, das Magnetfeld des Rotors oder optische Marken verstanden. Je nach Positionsmarkierung kann ein Rotorpositionssensor daher einen magnetfeldabhängigen Schalter, einen Hallsensor, eine Lichtschranke oder ähnliche Vorrichtungen umfassen. Mittels der ersten Korrekturkonstante werden die z.B. durch ungleichmäßige Magnetisierung des Encoderrads verursachten Fehler in der ermittelten Drehzahl deutlich verringert .

Zweckmäßigerweise sind mehrere Rotorpositionssensoren vor ^¬ handen und Ungenauigkeiten der zwischen den Rotorpositionssensoren aufgespannten Winkel werden mittels einer oder mehreren zweiten Korrekturkonstanten korrigiert, insbesondere indem eine Differenzbildung zur Korrektur des Einflusses von ungenauer Positionierung der Rotorpositionssensoren vorgenommen wird. Folglich können auch durch ungenaue Platzierung der Rotorpositionssensoren verursachte Fehler deutlich reduziert werden.

Es ist vorteilhaft, wenn die gemessene Zeit korrigiert wird, wobei insbesondere mittels einer oder mehreren dritten Korrekturkonstanten durch eine Differenzbildung der Einfluss von unterschiedlichen Laufzeiten der Signale der Rotorpositionssensoren kompensiert wird.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn eine oder mehrere dritte Korrekturkonstanten bereits während des Entwurfs und/oder der Fertigung des Motors bestimmt werden. Besonders vorteil ^¬ haft ist es, diese dritte Korrekturkonstante/n in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen. Dann wird kein Lernverfahren zur Bestimmung dieser Konstante/n benötigt, vielmehr kann/können diese zu Beginn eines Motorlaufs ausgelesen werden. Unter einem Motorlauf wird hierbei der Zeitraum zwischen dem Anlegen einer Versorgungsspannung an die Ansteuerschaltung und einem Trennen dieser Schaltung von der Energieversorgung verstanden. Vorzugsweise wird/werden mindestens eine Korrekturkonstante, insbesondere die ersten Korrekturkonstanten abhängig von der Drehrichtung des Motors gewählt. Verursachen die Schalt ^¬ schwellen der Rotorpositionssensoren eine richtungsabhängige Größe der Encoderradsektoren, so kann dies durch drehrich- tungsabhängige erste Korrekturkonstanten kompensiert werden.

Bevorzugt wird oder werden mindestens eine der Korrekturkon ^¬ stanten in einem Lernverfahren ermittelt, insbesondere werden eine oder mehrere Korrekturkonstanten in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert. Unter einem Lernverfahren wird hierbei die Berechnung der gesuchten Korrekturkonstante/n aus unter geeigneten Bedingungen ermittelten Messdaten verstanden, welche ein- oder mehrfach stattfinden kann und über Vergleiche oder statistische Betrachtungen (je) einen Wert der gesuchten Konstante/n und gegebenenfalls (je) eine Genauigkeit liefern kann. Nachdem das Lernverfahren durchgeführt wurde, kann/können die Korrekturkonstante/n gespeichert werden. Bei folgenden Motorläufen wird keine erneute Durchführung des Lernverfahrens zur Bestimmung dieser Konstante/n benötigt, vielmehr kann/können sie zu Beginn eines Motorlaufs ausgelesen werden.

Es ist vorteilhaft, wenn eine oder mehrere zweite Korrektur ^¬ konstanten bereits während der Fertigung des Motors bestimmt werden, insbesondere indem die Positionen der Rotorpositi ^¬ onssensoren von einer externen Messvorrichtung präzise bestimmt werden. Besonders vorteilhaft ist es, diese zweite/n Korrekturkonstante/n in einem nichtflüchtigen Speicher abzulegen. Dann wird kein Lernverfahren zur Bestimmung dieser Konstante/n benötigt, vielmehr kann/können sie zu Beginn eines Motorlaufs ausgelesen werden.

Besonders bevorzugt findet eine Ermittlung der Korrekturkon ^¬ stanten nur dann statt, wenn ein gleichmäßiger Lauf des Rotors erkannt wurde. Somit werden die Korrekturkonstanten nicht durch ungeeignete Messbedingungen während ihrer Ermittlung verfälscht.

Ganz besonders bevorzugt wird ein gleichmäßiger Lauf des Ro ^¬ tors anhand der Differenz der Zeitpunkte des Eintreffens der einem definierten vom Rotor durchlaufenen Mindestwinkel entsprechenden Rotorpositionssignale erkannt.

Zweckmäßigerweise werden eine oder mehrere Korrekturkonstan ^¬ ten aus den Differenzen der Zeitpunkte des Eintreffens ver ^¬ schiedener Rotorpositionssignale bestimmt.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn eine oder mehrere erste Korrekturkonstanten aus den einem Drittel einer Umdrehung entsprechenden Zeitdifferenzen ermittelt werden. Insbesondere werden die einzelnen Zeitpunkte des Eintreffens der einem Drittel einer Umdrehung entsprechenden Rotorpositionssignal- flanken sowie zweier weiterer Rotorpositionssignalflanken gespeichert und ausgewertet.

Ganz besonders zweckmäßig ist es, wenn eine oder mehrere zweite Korrekturkonstanten aus den einer vollständigen Umdrehung entsprechenden Zeitdifferenzen berechnet

wird/werden, insbesondere werden dabei die einzelnen Zeitpunkte des Eintreffens der einer Umdrehung entsprechenden Rotorpositionssignalflanken sowie zweier weiterer Rotorposi- tionssignalflanken gespeichert und ausgewertet.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn aus dem Verhältnis der Zeitdifferenzen für einen Rotorumlauf um den durch die beiden betrachteten Sensoren aufgespannten Winkel und der einer vollständigen Umdrehung entsprechenden Zeitdifferenzen der tatsächlich aufgespannte Winkel berechnet wird.

Besonders bevorzugt werden die ersten Korrekturkonstanten aus dem Verhältnis der einem Umlauf des Rotors um den be ^¬ trachteten Sektor entsprechenden Zeitdifferenz zu der einem Drittel oder einem ganzzahligen Vielfachen eines Drittels einer Umdrehung entsprechenden Zeitdifferenz berechnet, wobei insbesondere für jeden betrachteten Sektor das Verhält ^¬ nis der beiden Zeitdifferenzen in einen Winkel umgerechnet wird .

Die Erfindung betrifft auch eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern einer elektronisch kommutierten Synchronmaschine, welche ein Verfahren durchführt, bei dem die Drehzahl einer elektronisch kommutierten Synchronmaschine mit Hilfe von ei ^¬ nem oder mehreren, insbesondere drei statorfesten, Rotorpositionssensoren ermittelt wird, und insbesondere Bestandteil einer Schaltungsanordnung zur Steuerung oder Regelung der Bremsen eines Kraftfahrzeugs ist.

Vorzugsweise führt die Schaltungsanordnung ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 durch. In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung weist die Schaltungsanordnung Mittel zur Ansteuerung der elektronisch kommutierten Synchronmaschine auf Basis einer feldorientierten Regelung auf, wobei eine Interpolation der Rotorpositionen durchgeführt wird und die ermittelte Rotor ^¬ position anhand einer oder mehrerer Korrekturkonstanten korrigiert wird.

Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer solchen Schaltungsanordnung in Kraftfahrzeugen.

Weitere bevorzugte Aus führungs formen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand von Figuren.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Übersicht einer elektronisch

kommutierten Synchronmaschine,

Fig. 2 eine beispielhafte Anordnung der Hall-Sensoren und des Encoderrads und ein Schema zur Drehzahlbestim ^¬ mung, und

Fig. 3 einen Ablaufplan des beispielgemäßen Lernverfahrens .

Die in Fig. 1 dargestellte elektronisch kommutierte Syn ^¬ chronmaschine 1 umfasst einen elektromechanischen Energie ^¬ wandler 2, eine elektronische Steuereinrichtung 3 und ein Rotorlagengebersystem 4. Neben der Nutzung als Antrieb ist auch eine Verwendung von Synchronmaschine 1 als Generator möglich, wobei folglich mechanische Bewegung in elektrische Energie gewandelt wird. Der Stator besteht typischerweise aus drei Phasenwicklungen, die hier als schwarze Rechtecke dargestellt sind. Je ein Anschluss der Phasenwicklungen U, V, W ist elektrisch mit einem Sternpunkt S verbunden. Prinzipiell wäre auch eine Dreieckschaltung der Phasenwicklungen möglich. Der permanent erregte Rotor ist über gelagerte Ro ^¬ torwelle R mit magnetischem Encoderrad 7 verbunden. Das Mag ^¬ netfeld des Encoderrads wird von digitalen Hallsensoren 6 abgetastet, die auch als Hallschalter bezeichnet werden. Prinzipiell kann auch das Streufeld der Rotormagneten abge ^¬ tastet werden; diese bei elektronisch kommutierten Synchronmaschinen geringer Leistung vorkommende Bauform ermöglicht es, das Encoderrad einzusparen. Diese Hallschalter schalten z.B. durch, wenn sie sich im Feld eines magnetischen Nordpols befinden, und leiten keinen Strom, wenn ein magnetischer Südpol direkt benachbart ist. Hallschalter besitzen im Allgemeinen eine Hysterese, weshalb das Umschalten erst dann erfolgt, wenn das Magnetfeld eine bestimmte Umschaltschwelle überschreitet. Von jedem der typischerweise drei Hallsenso ^¬ ren Hl, H2, H3 führt eine Signalleitung zu einer Schaltung 8, welche aus den Daten der Hallsensoren die Rotorlage und die Zeitpunkte der Lageänderungen ermittelt. Aus Rotorlage ^¬ sensordaten und Zeitinformationen werden von der Drehzahlermittlungsschaltung 10 die Drehzahl und/oder mindestens ein Korrekturwert bestimmt. Neu ermittelte Korrekturwerte werden im nichtflüchtigen Speicher 11 gespeichert und können später ausgelesen werden. Anhand des elektrischen Winkels, welcher als Rotorlage ermittelt wurde, und gegebenenfalls der Dreh ^¬ zahl bestimmt Ansteuerschaltung 9 den an die Zuleitungen der Phasenwicklungen U, V, W anzulegenden Spannungsvektor und steuert die Halbleiterschalter der Wechselrichterbrücke 5 entsprechend an. Die elektronische Steuereinrichtung kann auch ganz oder teilweise als von einem Mikrocontroller ausgeführtes Programm implementiert sein.

Die Geometrie von Encoderrad 7 und Hallsensoren H1-H3 ist in Fig. 2 a) gezeigt, bei der die Drehachse aus der Papierebene herausragt. Die drei statorfesten Sensoren H1-H3 sind so montiert, dass bei einer Rotordrehung im Abstand von je 60° elektrischen Winkels je ein Sensor seinen Ausgangszustand wechselt. Der Zusammenhang zwischen elektrischem und mechanischem Winkel kann gemäß der folgenden Formel bestimmt werden :

<Pel = Vmech P

Hier bezeichnet cp _el den elektrischen Winkel, (p _mech den mechani ^¬ schen Winkel und p die Polpaarzahl. Für einen geeignet gela ^¬ gerten Stabmagneten als Rotor wären also elektrischer und magnetischer Winkel gleich, bei dem gezeigten Fall von ρ=Ί sind die mechanischen Winkel deutlich kleiner als die elektrischen Winkel. Sinnvolle Anordnungen der drei Hallsensoren ergeben sich bei elektrischen Winkeldifferenzen Acp _{Sensor el} zwischen den Sensoren von

Δφ _& __ _ε/ = 120° + « · 360°, wobei n eine ganze Zahl darstellt; diese gibt an, wie häufig das verwendete Kommutierungsschema durchlaufen werden muss, um den Rotor von der Position des ersten betrachteten Sensors zum nächsten zu bewegen.

Dreht sich der Rotor gegen den Uhrzeigersinn und stehen die Sensoren wie eingezeichnet, so werden die eingezeichneten Relativlagen von a nach f durchlaufen; die Hallsensoren geben die in der Tabelle angezeigten Signale aus (N:Nordpol vor Sensor, S: Südpol vor Sensor) :

Die Position f entspricht dabei der Anfangsposition, d.h. die Sensorsignale und das Kommutierungsschema wiederholen sich nach 360° elektrischem Winkel, was dem mechanischen Winkel eines Polpaars entspricht. Man erhält durch die drei Hallsensoren also absolute elektrische Winkel, die auf 60° genau sind.

Um die Drehzahl des Motors zu bestimmen, kann die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Sensorflanken, also den Umschaltpunkten zweier benachbarter Hall-Sensoren, gemessen und der durchlaufene Sektorwinkel des Encoderrads auf diese Zeit bezogen werden. Nachteilhaft ist hierbei, dass sämtli ^¬ che Toleranzen in der Sensorpositionierung,

Encoderradfertigung und Signalverarbeitung auf die ermittelte Drehzahl einwirken. Dies wird anhand des in Fig. 2b ge ^¬ zeigten Schemas zur Drehzahlbestimmung in der beispielhaften Geometrie genauer erläutert. Dreht sich der Rotor in der eingezeichneten Richtung, so wird zunächst eine Rotorpositi- onssignalflanke erzeugt, wenn Sensor Hl von N auf S umschal ^¬ tet. Nach Durchlaufen des Winkels φ _Ε schaltet Sensor H2 von S auf N um, wodurch eine zweite Rotorpositionssignalflanke entsteht. Durch Messung der Zeitdifferenz t zwischen dem Auftreten der zwei Signalflanken, lässt sich bei Kenntnis des zwischen den beiden Rotorpositionssensoren aufgespannten

Winkels φ _Η die Winkelgeschwindigkeit ω berechnen:

t

Hierbei werden sowohl vom Rotor durchlaufener Winkel als auch von den Sensoren aufgespannter Winkel zweckmäßigerweise beide als mechanische Winkel gemessen.

Die nach diesem Verfahren bestimmte Winkelgeschwindigkeit bzw. die Drehzahl weist aufgrund unvermeidlicher Toleranzen einen Fehler auf, wobei die Genauigkeit im Einzelnen durch folgende Einflüsse begrenzt wird:

1. Wegen ungenauer Positionierung der beiden Hallsensoren entspricht der tatsächlich zwischen ihnen aufgespannte Winkel nicht dem erwarteten Wert.

2. Das Encoderrad ist nicht vollkommen gleichmäßig magne- tisiert. Ungenaue Grenzen zwischen den Sektoren führen dazu, dass der gemessene von dem tatsächlich vom Rotor durchlaufenen Winkel abweicht.

3. Unterschiedliche Schaltschwellen der verschiedenen Hallsensoren beim Umschalten von N nach S gegenüber dem Umschalten von S nach N verursachen Fehler in der scheinbaren Position des Encoderrads und in dem scheinbar durchlaufenen Winkel.

4. Die elektrische Schaltungsanordnung kann dazu führen, dass sich Ein- und Ausschaltverzögerung der Hall- Schalter unterscheiden.

Prinzipiell kann die Genauigkeit durch eine geeignete Filte ^¬ rung des Messsignals zwar erhöht werden, jedoch beeinflusst dies die Phase des Drehzahlsignals negativ und verursacht einen Zeitverzug. Ein derart gefiltertes Signal ist für eine Drehzahlregelung mit hoher Bandbreite daher nur eingeschränkt nutzbar.

Daher werden im erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Korrekturkonstanten für die verschiedenen Einflüsse ermittelt. Die Differenz zwischen Ein- und Ausschaltverzögerung hängt im Wesentlichen vom Typ der verwendeten Hallsensoren sowie der Auslegung der elektrischen Schaltungsanordnung ab und ist somit für alle elektronisch kommutierten Synchronmaschinen einer Bauart nahezu gleich. Sie kann daher wie alle wei ^¬ teren Einflüsse, die eine konstante Zeitverzögerung verursa ^¬ chen, mit einer bauartabhängigen Korrekturkonstante t _c be ^¬ rücksichtigt werden, die bevorzugt in einem nichtflüchtigen Speicher der Ansteuerschaltung hinterlegt wird.

Demgegenüber sind die durch ungenaue Magnetisierung des Encoderrads verursachten Winkelfehler cp _Ec (vom betrachten Sektor abhängig) sowie durch Abweichungen in der Positionie- rung der Hallsensoren verursachte Winkelfehler (p _Hc (abhängig von den zwei betrachteten Hallsensoren) von Motor zu Motor verschieden und werden durch motorindividuelle Korrekturkonstanten berücksichtigt.

Für eine genaue Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit werden also die genannten Fehler korrigiert:

(<P _E -<PE*)-(<PH -<PHC)

t-L

Wenn eine gleichmäßige Drehbewegung über einen gewissen Winkel möglich ist, wie zweckmäßigerweise mindestens eine Um ^¬ drehung, so können die benötigten Korrekturkonstanten in einem Lernverfahren durch die Ansteuerschaltung des Motors ermittelt werden.

Wird anstelle eines magnetisierten Encoderrads und Hallsen ^¬ soren eine sektorweise gelochte Scheibe und Gabellicht ^¬ schranken verwendet, so können der Einfluss ungleichmäßiger Sektormarkierungen sowie weitere Fehler der Vorrichtung mittels des gleichen Verfahrens korrigiert werden.

In Fig. 3 ist der Ablauf eines beispielhaften erfindungsge ^¬ mäßen Lernverfahrens schematisch dargestellt. Neben der im Folgenden beschriebenen Reihenfolge können bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch andere Abfolgen der einzelnen Schritte und Rechenoperationen verwendet werden. Zunächst wird in Schritt 31 geprüft, ob in einem frühe ^¬ ren Motorlauf bereits Korrekturwerte φ _Ηε für eine fehlerhafte Positionierung der Hallsensoren vorhanden sind. Ist dies nicht der Fall, so werden vorzugsweise in Schritt 32 die Korrekturkonstanten φ _Ηε auf Null gesetzt. Eventuell gleichzeitig mit dem Lernverfahren erfolgende Drehzahlmessungen werden somit nicht durch irreführende Korrekturwerte ver ^¬ fälscht. Zumindest einige der folgenden Schritte des Lern ^¬ verfahrens können daher auch von im Hintergrund laufenden eigenständigen Programmteilen durchgeführt werden. Lediglich das in Schritt 33 erfolgende Erfassen und Zwischenspeichern der Zeitpunkte t _i des Auftretens von Hallsensorsignalflanken für 360°, also über eine Umdrehung, muss mit hoher Priorität erfolgen, da keine Flanken unerkannt bleiben dürfen. Hierbei erfolgt die Speicherung der Werte durchlaufend, zuerst ein ^¬ gegangene Flankenzeitpunkte werden zuerst wieder aus dem Speicher entfernt, sobald neue Flankenzeitpunkte gespeichert werden. Neben den Zeitpunkten wird auch erfasst, welcher Sensor umgeschaltet hat und eine durchlaufende Sektornummer vergeben. Während die Hallsensoren eindeutig zugeordnet wer ^¬ den können, ist keine einen Motorlauf überdauernde Kenn ^¬ zeichnung der Encoderradsektoren möglich. Der Gleichlauf des Motors wird im nun folgenden Schritt 34 geprüft. Zunächst werden die Zeiträume T _i zwischen dem Auftreten zweier Signalflanken berechnet:

T = t - t

Dann werden die einer Umdrehung entsprechenden Zeiträume zu einer ersten Umlaufdauer aufsummiert:

Umlauf ,1 / i Unter Berücksichtigung der unmittelbar danach eingetroffenen Signalflanke wird eine zweite Umlaufdauer ermittelt: _- 2^*3+1

Umlauft /

Diese Berechnung der Umlaufdauer wird für alle Signalflanken einer Motorumdrehung durchgeführt:

, 22 pp**33 ++ jj--l,

T Umlauf _; j =y /

= ^p .

j

7 = 1.2p*3

Stimmen die berechneten Umlaufdauern im Rahmen der gewünschten Genauigkeit ε über eine komplette Motorumdrehung überein

) , so liegt ein gleichmäßiger Lauf

des Motors für eine Motorumdrehung vor; die Korrekturkonstanten können berechnet werden. Andernfalls erfolgt ein er ^¬ neutes Einlesen und Zwischenspeichern von Signalflanken, bis die Gleichlaufbedingung erfüllt ist. Eine Überprüfung des Gleichlaufs erfordert also zwei Umdrehungen, wobei bevorzugt die Zeitpunkte für eine Umdrehung umlaufend zwischengespei ^¬ chert werden. Prinzipiell kann eine Überprüfung des Gleichlaufs auch mit anderen Methoden als dem hier beschriebenen Ringspeicher vorgenommen werden.

Um Korrekturwerte für eine fehlerhafte Positionierung der Hallsensoren zu erhalten, werden die Zeiträume der zu jeweils 120° bzw. 1/3 einer Umdrehung gehörenden Signalflanken aufsummiert :

Tun ⁼ 7 .

+\ Bezugnehmend auf Fig. 2a) entspricht die den tatsächlich zwischen Sensor 1 und 2 aufgespannten Winkel charakterisierende erste Zeit T _Hn einem Durchlaufen der Positionen

Encoderstelle xl vor Hl bis zur Position Encoderstelle xl vor H2, die das Kreissegment zwischen den Sensoren 2 und 3 charakterisierende Zeit T _H23 entspricht dem Durchlaufen der Positionen Encoderstelle xl vor H2 bis zur Position

Encoderstelle xl vor H3, während die den Sektor zwischen den

Sensoren 3 und 1 charakterisierende Zeit T _H31 dem Durchlaufen der Positionen Encoderstelle xl vor H3 bis zur Position Encoderstelle xl vor Hl entspricht. Bei der Betrachtung ei ^¬ nes kompletten Umlaufs überstreicht jeder Magnetisierungs ^¬ wechsels Xi des Encoderrings jeden zwischen den Sensoren auf ^¬ gespannten Winkel cp _H genau einmal. Wird eine größere Anzahl von Zeiträumen ΊΊ zwischengespeichert, so kann die Genauig ^¬ keit der berechneten Zeiträume durch Mittelung erhöht werden .

Unter Vernachlässigung von durch unterschiedliche Schaltschwellen der Hallsensoren verursachten Fehlern genügt es, wenn mindestens 2p+2 aufeinanderfolgende Zeiträume ΤΊ gespei ^¬ chert sind:

2p 2p+l 2p+2

i -l i -2 i -3

Hierbei entspricht die erste Zeit T _Hn einem Durchlaufen der Positionen Encoderstelle xl vor Hl bis zur Position

Encoderstelle xl vor H2, die Zeit T _H23 entspricht dem Durch- laufen der Positionen Encoderstelle x2 vor H2 bis zur Position Encoderstelle x2 vor H3, während T _H31 dem Durchlaufen der Positionen Encoderstelle x3 vor H3 bis zur Position Encoderstelle x3 vor Hl entspricht.

Bezieht man die ermittelten Zeiten auf die Zeit für einen vollständigen Umlauf des Rotors, so können die Korrekturkonstanten φ _ΗΛ1 , <P _HC2 3 ^un d <P _Hc31 berechnet werden:

Umlauf

Die Korrekturkonstanten geben also die Differenz zwischen tatsächlich aufgespanntem Winkel und Sollwinkel φ _Η zwischen den zwei betrachteten Hallsensoren an. Die in Fig. 2 gezeigte Geometrie weist eine gleichmäßige Verteilung der Hallsen ^¬ soren auf :

ΨΗΙΙ = <PHI3 = <PH3I = ¹²⁰ °

Bei einer ungleichmäßigen Verteilung der Hallsensoren muss das Vorgehen entsprechend den dann gültigen Winkeldifferenzen angepasst werden.

In Schritt 36 werden die berechneten Korrekturkonstanten gespeichert; weiterhin werden in geeigneter Weise gemittelte Zeiträume bestimmt, welche bei der in Schritt 40 erfolgenden Berechnung der Korrekturwerte für eine ungenaue Magnetisie ^¬ rung des Encoderrads verwendet werden können.

Wenn die Prüfung in Schritt 31 das Vorhandensein von Korrekturwerten cp _Hc für ungenaue Positionierung der Hallsensoren zeigt, werden diese in Schritt 37 eingelesen und stehen dann für zukünftige Berechnungen zur Verfügung.

Bei bekannten Positionen der Hallsensoren ist es ausreichend, den Gleichlauf über einen zwischen zwei Hallsensoren aufgespannten Winkel von vorzugsweise 120° bzw. 1/3 Umdrehung zu prüfen, wofür der Rotor also um 2/3 Umdrehungen sowie zwei weitere Signalflanken umlaufen muss. Dabei werden in Schritt 38 die Zeitpunkte des Auftretens der Signalflan ^¬ ken für 120° sowie zweier weiterer Signalflanken durchlaufend gespeichert.

Eine geänderte Anzahl der Hallsensoren kann durch Anpassen des für eine Speicherung vorgesehen Umlaufwinkels berücksichtigt werden. Bei ungleichmäßig verteilten Sensoren müs ^¬ sen gegebenenfalls die Signalflanken eines gewählten Sensorpaars über eine vollständige Umdrehung betrachtet werden.

Für die Überprüfung des Gleichlaufs werden zunächst die Zeiträume T _i zwischen zwei aufeinander folgenden Signalflanken berechnet:

T = t -t

Dann werden die 1/3 einer Umdrehung entsprechenden Zeiträume zu einer ersten Zeitdauer aufsummiert :

T =Υ ^2ρ τ

Unter Berücksichtigung der danach eingetroffenen, vom glei- chen Hai lschalter erzeugten Signalflanke wird eine zweite Zeitdauer ermittelt:

Diese Berechnung der Zeitdauern wird für alle Signalflanken eines Hallschalters durchgeführt:

Stimmen die berechneten Werte für die Zeitdauern für 1/3 einer Umdrehung im Rahmen der gewünschten Genauigkeit ε überein {^max{T _{DRJTTEL t} } -mm{T _{DRJTTEL k} }^<s ) , so wird angenommen, dass ein gleichmäßiger Lauf des Motors vorliegt; die Korrekturkonstanten können berechnet werden. Andernfalls erfolgt ein er ^¬ neutes Einlesen und Zwischenspeichern von Signalflanken, bis die Gleichlaufbedingung erfüllt ist. Das Kriterium kann noch verschärft werden, in dem die entsprechenden Zeitdauern auch bei Flanken von den anderen Hallschaltern in gleicher Weise gebildet und jeweils auf Konstanz überprüft werden.

Nun kann in Schritt 40 die Berechnung der Korrekturkonstanten für ungleichmäßige Magnetisierung des Encoderrads erfol ^¬ gen .

Zunächst wird die Winkelgeschwindigkeit ω anhand entweder der gemittelten Zeitdauern aus Schritt 38 oder der gemittel- ten Zeiträume aus Schritt 36 berechnet:

Anschließend erfolgt die Berechnung der Korrekturwerte des betrachteten Sektors: φ _Ε - -(t-t _c )-<p _H +φ Hc

Die Korrekturkonstante (p _Hc wird gemäß den am Anfang und Ende des Sektorumlaufs schaltenden Hallsensoren gewählt. Die Be ^¬ rechnung von cp _Ec wird für alle Sektoren des Encoderrads nacheinander durchgeführt.

Eine Speicherung der Korrekturwerte über einen Motorlauf hinaus ist dann möglich, wenn der Rotor bei ausgeschalteter Maschine gegen Verdrehen gesichert ist. Falls der Elektromo ^¬ tor in Verbindung mit einem geeigneten Getriebe als Antrieb einer Reibbremse für ein Kraftfahrzeug verwendet wird, so kann dies durch die Betätigung einer Parkbremse gewährleis ^¬ tet werden. Dann werden einmal ermittelte Korrekturwerte vorzugsweise zwischengespeichert und bei nachfolgenden Mo ^¬ torläufen verwendet, ohne dass ein erneutes Lernverfahren durchgeführt werden muss. Ist keine Verdrehsicherung des Mo ^¬ tors vorhanden, so müssen die Korrekturkonstanten für ungleichmäßige Magnetisierung des Encoderrads bei Beginn eines Motorlaufs jeweils neu gelernt werden.

Gemäß einer alternativen bevorzugten Aus führungs form der Er- findung werden in einem Speicher vorliegende, bereits früher gelernte Korrekturwerte verwendet, um die neu ermittelten Korrekturwerte weiter zu verbessern. Zweckmäßigerweise wer ^¬ den die gespeicherten Korrekturwerte zyklisch vertauscht, bis die Summe der Quadrate der Abweichungen zwischen neu gelernten und gespeicherten Konstanten einen minimalen Wert erreicht. Es ist besonders vorteilhaft, wenn nach einer er ^¬ folgten Zuordnung neu gelernte und gespeicherte Korrektur ^¬ werte gemittelt werden, wobei die gespeicherten Konstanten insbesondere umso höher gewichtet werden, je mehr gelernte Korrekturwerte bei ihrer Berechnung einbezogen wurden.

In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung wird die gewünschte Genauigkeit ε angepasst, sobald bereits eine Anzahl von Korrekturwerten gelernt wurde. Ein erneutes Lernverfahren wird erst dann durchgeführt, wenn der Motor deutlich geringere Schwankungen im Gleichlauf hat.

Wird eine Bestimmung von Korrekturwerten wiederholt durchgeführt, so ist es besonders zweckmäßig, wenn die Gewichtung der Korrekturkonstanten anhand von vorliegenden Gleichlaufschwankungen und Anzahl der zu Ihrer Berechnung verwendeten Messdaten erfolgt.

In einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung werden die Korrekturkonstanten cp _Ec für beide Drehrichtungen des Motors getrennt ermittelt, wobei zweckmäßigerweise zu ^¬ nächst für eine Drehrichtung des Motors der Gleichlauf ge ^¬ prüft und die Korrekturkonstanten berechnet werden und bei einer Änderung der Drehrichtung ebenfalls der Gleichlauf geprüft und die Korrekturkonstanten berechnet werden. Es ist besonders zweckmäßig, wenn bei jeder Drehrichtungsänderung erneut eine Berechnung der Korrekturkonstanten vorgenommen wird, und der gewichtete oder ungewichtete Mittelwert be ^¬ reits gespeicherter und neu ermittelter Korrekturkonstanten gebildet wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Aus führungs form der Erfindung erfolgt die Ansteuerung des Motors anhand einer Interpolation der Rotorposition, welche auf den Daten von einem oder mehreren Rotorpositionssensoren basiert. Dies ermöglicht es, die in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebene Block ^¬ kommutierung, bei der diskrete Basisspannungsvektoren angelegt werden, durch eine feldorientierte Steuerung oder Rege ^¬ lung des Motors nach bekannten Verfahren zu ersetzen, insbesondere der Raumzeigermodulation (siehe z.B. Dierk Schröder, Elektrische Antriebe - Regelung von Antriebssystemen, Springer, Berlin, Heidelberg, 2009) . Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Lernverfahrens ermittelten Konstanten zur Korrektur von Hallsensorpositionierungsfehlern ermöglichen es, den optimalen Kommutierungswinkel verhältnismäßig genau zu treffen, wodurch sich der Gleichlauf des Motors verbessert.