(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
極対数（Ｚｐ）が奇数の電気駆動機（１０）の回転可能な磁性部材（１２）の現在角度位置を求める方法であって、
前記回転可能部材（１２）の現在角度測定値（φAMR,k）を、所定の限定された角度範囲内でのみ前記現在角度測定値（φAMR,k）を一意に測定する角度センサ系（２８）によって測定する、方法において、
前記限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）を、前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負とを用いて、限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）に変換し、
前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負は、前記電気駆動機（１０）に第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）を印加し、印加された第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）に反応して前記電気駆動機（１０）内に生じる第２テストパルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）を評価することによって求められる、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負を各初期コンフィギュレーションに対して一回だけ求める、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記限定された角度範囲に対して一意の現在角度測定値（φAMR,k）を周期的に測定し、その際、
各初期コンフィギュレーションについて、前記限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）と、該角度測定値（φAMR,k）から計算される、前記限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）が、該角度位置（φk）の計算後、古い角度測定値（φAMR,k−1）又は古い角度位置（φk−1）として記憶され、
前記限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）は、第１時点（ｔk）に対しては、前記古い角度位置（φk−1）と前記古い角度測定値（φAMR,k−1）と前記限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）とに基づいて計算され、
前記現在角度位置（φk）の計算後、測定された現在角度測定値（φAMR,k）と該角度測定値から求められた現在角度位置（φk）は、古い角度測定値（φAMR,k−1）又は古い角度位置（φk−1）として記憶される、
請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）を所定の情報（Ｕ，ｔPuls，cos(φAMR,k)，cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）に依存して生成し、所定の駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）において所定の期間（ｔPuls）にわたって前記電気駆動機（１０）に印加し、
前記所定の情報は、所定の期間（ｔPuls）及び／又は所定の電圧値（Ｕ）及び／又は現在角度測定値（φAMR,k）に依存して求められる所定の方向（cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）を含んでいる、
請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記第１テストパルスを、所定の電圧値（Ｕ）と、対応する所定の方向（cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）とを有する電圧パルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）として所定の駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）に前記電気駆動機（１０）のステータコイルに印加し、
所定の測定時点（ｔ1，ｔ2）において、発生した第２テストパルスを電流パルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）として測定及び評価し、
前記所定の測定時点（ｔ1，ｔ2）は、対応する駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）に対して時間間隔を有する、
請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記所定の測定時点（ｔ1，ｔ2）は、対応する駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）に対して同じ時間間隔を有する、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
２つの前後する駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）において前記電気駆動機（１０）に印加された第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）に反応して発生する第２テストパルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）を、第１駆動制御時点（ｔk）に関連して生じた第１全電流パルス（Ｉ1）の長さと第２駆動制御時点（ｔk+1）に関連して生じた第２全電流パルス（Ｉ2）の長さを求めるために評価し、
前記第１全電流パルス（Ｉ1）の長さと前記第２全電流パルス（Ｉ2）の長さから前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負を求め、当該磁界の向きと正負を用いて、前記限定された角度範囲で一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）を前記限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）に変換する、
請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
電気駆動機（１０）の回転可能な磁性部材（１２）の現在角度位置を求めるための装置であって、
当該装置は、前記回転可能な部材（１２）の現在角度測定値（φAMR,k）を所定の限定された角度範囲内で一意に測定する角度センサ系（２８）を有しており、
前記電気駆動機（１０）の極対数（Ｚｐ）が奇数である、装置において、
前記装置は評価及び／又は制御ユニット（２２）を有しており、
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、測定された現在角度測定値（φAMR,k）に関する情報をインタフェースユニット（２２．４）を介して受信し、
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、前記限定された角度範囲に対して一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）を、前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負とを用いて、限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）に変換し、
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、前記電気駆動機（１０）に印加された第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）と、印加された第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）に反応して前記電気駆動機（１０）内に生じる第２テストパルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）とを評価することによって、初期コンフィギュレーションに対して前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負を求める、
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、所定の情報（Ｕ，ｔPuls，cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）に依存して、所定の電圧値（Ｕ）と対応する所定の方向（cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）とを有する電圧パルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）として前記第１テストパルスを自ら生成し、所定の駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）に所定の期間（ｔPuls）にわたって少なくとも１つのインタフェースユニット（２２．４）を介して前記電気駆動機（１０）に印加するか、又は、前記第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）を生成するための所定の情報（Ｕ，ｔPuls，cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）を少なくとも１つのインタフェース（２２．４）を介して電圧発生器（２４）に印加し、当該電圧発生器が、前記所定の情報（Ｕ，ｔPuls，cos(φAMR,k−120°)，cos(φAMR,k−240°)，cos(φAMR,k−180°)，cos(φAMR,k−120°−180°)，cos(φAMR,k−240°−180°)）に反応して第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）を生成し、所定の駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）に所定の期間（ｔPuls）にわたって前記電気駆動機（１０）に印加する、
請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、所定の測定時点（ｔ1，ｔ2）に、発生した第２テストパルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）を少なくとも１つのインタフェースユニット（２２．４）を介して直接前記電気駆動機（１０）及び／又は電流測定器（２６）から電流パルスとして受信し、評価する、
請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、２つの前後する駆動制御時点（ｔk，ｔk+1）において前記電気駆動機（１０）に印加された第１テストパルス（Ｕa，Ｕb，Ｕc）に反応して発生する第２テストパルス（Ｉ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉc）を、第１駆動制御時点（ｔk）に関連して生じた第１全電流パルス（Ｉ1）の長さと第２駆動制御時点（ｔk+1）に関連して生じた第２全電流パルス（Ｉ2）の長さを求めるために評価し、
前記評価及び／又は制御ユニット（２２）は、前記第１全電流パルス（Ｉ1）の長さと前記第２全電流パルス（Ｉ2）の長さから前記回転可能な磁性部材（１２）の磁界の向きと正負を求め、当該磁界の向きと正負を用いて、前記限定された角度範囲で一意に測定された現在角度測定値（φAMR,k）を前記限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置（φk）に変換する、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
先行技術
本発明は、独立請求項１の上位概念に属する電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める方法と、独立請求項７の上位概念に属する電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める装置とに関する。
【０００２】
同期機に基づいた回転数可変の駆動が先行技術である。同期機を正しく駆動制御することができるためには、現在のロータ角に関する情報が必要である。その際、要求される一義性範囲はモータの極対数Ｚｐに依存する。ロータ角は値３６０°／Ｚｐの範囲内でのみ一意的に知られていればよい。したがって、角度がｘ°であるか、ｘ°＋（３６０°／Ｚｐ）であるかは重要ではない。
【０００３】
通常、ロータ角は角度センサによって測定される。公知の方法の１つは、センシングマグネットとＡＭＲ角度センサ、すなわち、異方性磁気抵抗効果を利用した角度センサを使用することである。しかし、これによっては０〜３６０°の限定されていない角度範囲において一意のロータ角を測定することはできず、むしろ０〜１８０°の限定された角度範囲内でのみ一意のロータ角しか測定することができない。したがって、ｘ°のロータ角とｘ°＋１８０°のロータ角を区別することができない。それゆえ、このような角度センサは極対数が偶数の同期機にしか使用できない。
【０００４】
０〜３６０°の限定されていない角度範囲で一意の角度信号を得るためには、ＡＭＲ角度センサを２つのホールセンサと組み合わせてもよい。特許出願公開DE 102 48 060 A1には、例えば、角度センサ向けのこのような磁界センサ装置と、このようなセンサ装置を動作させる方法が記載されている。記載された磁界センサ装置は、回転可能な磁性部材の現在角度位置を所定の角度範囲内で測定することのできる角度センサを含んでいる。この角度センサには少なくとも２つのセンサ素子が割り当てられており、これらのセンサ素子を介して磁性部材の磁界の現在の向きを測定することができる。これらのセンサ素子は、これらのセンサ素子の主測定方向を表す軸が１つの角度を成すように互いに対して配置されている。しかし、記載された磁界センサ装置では、センサ素子の形態で付加的な素子が必要とされる。
【０００５】
さらに、ロータ角が電気量の測定により推定できることも公知である。そのためには、公知の２つの効果を利用することができる。例えば、同期機のステータコイル内に誘導される電圧はロータ角に依存する。さらに、ステータコイルのインダクタンスは同期機の構造に応じてロータ角に依存することもある。
【０００６】
それゆえ、例えば特許出願公開DE 10 2006 004 166 A1には、静止状態の同期機のロータ角を推定するための回路構成が記載されている。記載された方法によれば、３つの短い電圧パルスが様々な方向から同期機のステータ巻線に印加される。ロータ角は測定された電流上昇から求められる。
【０００７】
特許公報AT 397 727 Bには、同期機のロータの回転角をセンサなしで測定するための方法及び回路構成が記載されている。記載された方法は電圧パルスを用いてロータ角を求める。その際、同期機のステータコイルのインダクタンスが近似的に正弦波状にロータ角に依存することが仮定されている。それゆえに、原則的に角度センサなしで済ますことができ、ロータ角を推定することができる。しかし、この角度推定方法は高い計算コストを要し、また雑音発生の原因ともなり、角度センサ系を使用した場合よりも正確度が低い。
【０００８】
発明の概要
これに対して、独立請求項１の特徴を備えた本発明による、電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める方法は、角度センサ系によって限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値が、回転可能な磁性部材の磁界の向き及び正負を利用して限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置に変換されるという利点を有している。ここで、回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負は、電気駆動機に第１テストパルスを印加し、印加された第１テストパルスに反応して電気駆動機内に生じる第２テストパルスを評価することによって求められる。
【０００９】
独立請求項７の特徴を備えた本発明による、電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める装置は、所定の限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値に関する情報をインタフェースユニットを介して受信する評価及び／又は制御ユニットを有しており、この評価及び／又は制御ユニットが、限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値を、回転可能な磁性部材の磁界の向き及び正負を利用して、限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置に変換するという利点を有している。ここで、評価及び／又は制御ユニットは、初期コンフィギュレーションにおける回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負を、電気駆動機に印加された第１テストパルスと、印加された第１テストパルスに反応して電気駆動機内に生じた第２テストパルスとを評価することによって求める。
【００１０】
本発明の実施形態によれば、有利には極対数が奇数である同期機を含む極対数が奇数の電気駆動機に対して、例えばホールセンサ素子のような付加的な素子を用いずに、例えば０〜１８０°の限定された角度範囲内でのみ角度測定値を一意に測定できる角度センサ系を有利に使用することが可能である。角度センサ系によって測定された角度測定値は回転可能な磁性部材の磁界の向き及び正負を利用して例えば０〜３６０°の限定されていない角度範囲における一意的な角度位置に変換されるので、有利には、付加的な素子と高い計算コストなしで、所定の限定された角度範囲内でのみ現在角度測定値を一意的に測定する角度センサ系によって現在角度位置を非常に正確に求めることが可能である。回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負は各初期コンフィギュレーションに対して一回だけ求めればよく、後続する現在角度位置の計算は簡単かつ高速に実行することができるので、本発明の実施形態における計算コストは、角度センサ系を用いない先行技術から公知の推定方法に比べて、有利には非常に低い。なお、角度センサ系は例えば異方性磁気抵抗効果を利用したＡＭＲ角度センサを含む。このようなＡＭＲ角度センサは手頃なコストで大ロット生産されるので、本発明による方法又は本発明による装置は簡単かつ手頃なコストで実現することが可能である。さらに、本発明による方法の実施形態は付加的な部材を使用しないので、先行技術から公知の角度センサ系向け磁界センサ装置に比べて、スペース及びコストの点で有利である。テストパルスを生成し測定するために、有利には、電気駆動機の制御のために既に設けられている素子を使用してもよい。これらの素子は、本発明による装置の一部として実現してもよいし、及び／又は、相応のインタフェースユニットを介して本発明による装置と結合してもよい。
【００１１】
本発明の実施形態によれば、角度センサ系によって例えば電気駆動機のロータの角度測定値を０〜１８０°の角度範囲内で一意に測定することができる。これにより、ロータ磁界の向き、すなわちロータ磁界のｄ軸を求めることができる。しかし、極対数が奇数の場合には、ロータ磁界の正負は求めることができない。ロータは例えば１つの極対を有する。この場合、ロータ磁界の姿勢はロータに固定された磁軸によって決まる。この磁軸はｄ軸又はｑ軸とも呼ばれる。ただ１つの極対を使用した場合、正確に１つのｄ軸と１つのｑ軸が存在する。複数の極対を有するロータの場合、相応して複数のｄ軸とｑ軸が存在する。ロータ磁界は例えば永久磁石によって、及び／又は巻線によって電気的に発生させることができる。
【００１２】
今や、ロータ磁界と同じ向きを有するステータ磁界が発生するように、電気駆動機のステータに通電することが可能である。角度センサ系によって測定された現在角度測定値は１８０°でのみ一意的であるから、この時点では、ロータ磁界とステータ磁界の正負は同じである。したがって、２つの磁界が加算されるのか減算されるのかは未知である。磁界が加算されれば、全磁界は比較的大きくなり、電気駆動機の軟磁性材料（鉄）は比較的強く飽和する。磁界が減算されれば、全磁界は比較的小さくなり、鉄はほとんど飽和しない。鉄の飽和の違いのせいで、ステータコイルは両方のケースにおいて異なるインダクタンスを有する。磁界が加算されると、飽和は強くなり、それに伴ってインダクタンスは小さくなり、したがって電流上昇は急になる。したがって、ステータコイルに正の電圧パルスと負の電圧パルスがｄ方向に前後して印加した場合、これら２つの電圧パルスにおけるステータ電流の上昇速度は異なる。この電流の上昇速度から、インダクタンスひいてはロータ磁界の正負を推測することができる。これにより、いずれがロータ磁界の正のｄ方向であり、いずれが負のｄ方向であるかを決定することが可能となる。電流上昇が比較的強い方向においてインダクタンスが比較的小さければ、磁界は加算される。これがロータのＮ極を示す正のｄ方向である。逆の方向においてインダクタンスが比較的大きければ、磁界は減算される。これがロータのＳ極を示す負のｄ方向である。
【００１３】
この評価は電気駆動機の静止状態を表す初期コンフィギュレーションにおいて一回だけ行われる。それゆえ、回転可能な磁性部材の磁界の向き及び正負の評価は、電気駆動機５が組み込まれた任意のシステムの始動、例えば任意の車両の始動の際に行うことができる。その後つねに一意的な角度測定値を得るために、２つの角度測定の間の時間間隔は、同期機の回転数が最大の場合でもこの時間中に角度が９０°未満しか変化しないよう、短いことが保証される。角度測定センサ系の角度測定値の零位置は、有利には、測定された角度測定値がロータ磁界のｄ軸の角度に一致するように決定される。生成されたテストパルスの電圧の大きさと、電圧パルスとして実現されたテストパルスが電気駆動機に印加される時間の長さは、有利には、結果として、電気駆動機及び／又は関連する電子デバイスを傷つけない程度に大きい、しかも、電気駆動機の電流測定センサ系によって十分正確に電流を測定できる程度に十分大きい電流が生じるように設定される。
【００１４】
本発明の実施形態は、所定の限定された角度範囲内でのみ一意的に現在角度測定値を測定する角度センサ系と、電流センサ系とが存在し、電気駆動機が奇数の極対を有している場合に、電気駆動機を有する任意のシステムにおいて使用することができる。
【００１５】
例えば、電気的（サーボ）ステアリング、同期機又はブラシレス直流機を有する電動工具、内燃機関と電気駆動機の組合せを有するハイブリッド駆動、又は純粋に電気的に駆動される車両において使用することが可能である。
【００１６】
従属請求項において実施される措置及び発展形態によれば、独立請求項１に示されている、電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める方法と、独立請求項７に示されている、電気駆動機の回転可能な磁性部材の現在角度位置を求める装置の有利な改善が可能である。
【００１７】
特に有利には、回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負が各初期コンフィギュレーションにおいて一回求められる。これにより、現在角度位置を求めるための計算コストを著しく低減することができる。回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負を求めた後、限定された角度範囲内で一意の現在角度測定値を周期的に測定する。なお、各初期コンフィギュレーションについて、限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値と、この角度測定値から計算された一意の現角度位置は、古い角度測定値又は古い角度位置として記憶される。また、限定されていない角度範囲で一意の現在角度位置は、古い角度位置と古い角度測定値と限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値とに基づいて計算される。現在角度位置の計算後、測定された現在角度測定値とこの角度測定値から求められた現在角度位置は、古い角度測定値又は古い角度位置として記憶される。
【００１８】
これはつまり、「古い」測定された角度測定値又は計算された角度位置は、後続のある時点において実行される現在角度位置の計算の際に再び使用されることを意味する。後の時点において、現在角度位置を計算するためにテストパルスの生成及び評価が行われることはない。現在角度位置は有利には固定された時間枠の中で等間隔の測定点において測定される。
【００１９】
本発明による方法の有利な実施形態では、第１テストパルスは所定の情報に依存して生成され、所定の駆動制御時点において、所定の期間にわたって電気駆動機に印加される。前記所定の情報は、所定の期間及び／又は所定の電圧値及び／又は所定の方向を含んでいる。第１テストパルスは、例えば所定の期間の間、所定の電圧値と対応する所定の方向とを有する電圧パルスとして、所定の駆動制御時点において電気駆動機のステータコイルに印加してもよい。所定の測定時間において得られる第２テストパルスは電流パルスとして測定及び評価される。なお、前記所定の測定時点は対応する駆動制御時点に対して実質的に同じ時間間隔を有する。
【００２０】
本発明による方法の別の有利な実施形態では、２つの前後する駆動制御時点において同期機に印加された第１テストパルスに反応して発生した第２テストパルスは、第１駆動制御時点において生じた第１全電流パルスの長さと第２駆動制御時点において生じた第２全電流パルスの長さを求めるために評価される。限定された角度範囲で一意に測定された現在角度測定値は、第１全電流パルスの長さと第２全電流パルスの長さから回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負を求め、この磁界の向きと正負を用いて限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置に変換される。第１測定時点において求められた全電流パルスの長さが例えば第２測定時点において求められた全電流パルスの長さより以上ならば、現在角度位置は角度センサ系によって測定された現在角度測定値に一致する。しかし、第１測定時点において求められた全電流パルスの長さが例えば第２測定時点において求められた全電流パルスの長さよりも短ければ、現在角度位置は角度センサ系によって測定された現在角度測定値に一致しない。この場合、現在角度測定値は所定の補正値で補完される。角度センサ系が例えば０〜１８０°の所定の限定された角度範囲内で現在角度測定値を一意に測定するならば、この場合、現在角度位置を求めるために、１８０°の補正値が測定された現在角度測定値に加算される。
【００２１】
本発明による装置の有利な実施形態では、例えば評価及び／又は制御ユニットが、所定の情報に依存して第１テストパルスを所定の電圧値と対応する所定の方向とを有する電圧パルスそのものとして生成し、この電圧パルスを所定の駆動制御時点において所定の期間にわたってインタフェースユニットを介して直接電気駆動機に印加する。代替的には、評価及び／又は制御ユニットが、第１テストパルスを生成するための所定の情報を少なくとも１つのインタフェースを介して電圧発生器に印加し、この電圧発生器が、前記所定の情報に反応して第１テストパルスを生成し、所定の駆動制御時点において所定の期間にわたって電気駆動機に印加する。
【００２２】
本発明による装置の別の有利な実施形態では、評価及び／又は制御ユニットは、所定の測定時点において生じた第２テストパルスを少なくとも１つのインタフェースユニットを介して直接電気駆動機及び／又は電流測定器から電流パルスとして受け取り、この電流パルスを評価する。
【００２３】
本発明による装置の別の有利な実施形態では、評価及び／又は制御ユニットは、２つの前後する駆動制御時点において同期機に印加された第１テストパルスに反応して発生した第２テストパルスを、第１駆動制御時点において生じた第１全電流パルスの長さと第２駆動制御時点において生じた第２全電流パルスの長さを求めるために評価する。また、評価及び／又は制御ユニットは、限定された角度範囲で一意に測定された現在角度測定値を、第１全電流パルスの長さと第２全電流パルスの長さから回転可能な磁性部材の磁界の向きと正負を求め、この磁界の向きと正負を用いて限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置に変換する。
【００２４】
本発明の実施形態は回路、装置、方法、プログラムコード手段を備えたデータ処理プログラム及び／又はコンピュータプログラム製品として実現することができる。同様に、本発明は完全にハードウェアとして、及び／又はソフトウェアとして、及び／又はハードウェア要素とソフトウェア要素との組合せとして実現することができる。さらに、本発明はコンピュータ可読プログラムコードを有するコンピュータ可用記憶媒体上のコンピュータプログラム製品として実現することもできる。その場合、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、光学記憶素子又は磁気記憶素子等のような種々のコンピュータ可読記憶媒体を利用することができる。
【００２５】
例えば、電子的、磁気的、光学的、電磁的な赤外線もしくは半導体システム、装置、又は処理媒体は、コンピュータ可用又はコンピュータ可読媒体に包摂される。さらには、１つ又は複数の導線による電気的接続、携帯可能なコンピュータディスケット、ダイレクトアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、消去可能かつプログラマブルなリードオンリーメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）又はフラッシュメモリ、光導線、及び携帯可能なＣＤ−ＲＯＭも、コンピュータ可読媒体に含めてよい。それどころか、コンピュータ可用又はコンピュータ可読媒体は、プログラムが書き込まれた紙又は他の適切な媒体であって、例えば紙又は他の媒体を光学的にスキャンすることによって読み取られ、その後、コンパイル、インタープリット又は場合によっては他の方法で処理され、コンピュータメモリに記憶できるものであってもよい。
【００２６】
本発明の実施例を図に示し、以下の説明においてより詳しく解説する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】同期機のロータ位置を求める本発明による装置の１実施例の概略的なブロック図を示す。
【図２】同期機のロータの角度位置を概略的に示す。
【図３】同期機のステータコイルに印加される電圧パルスの波形を概略的に示す。
【図４】同期機の測定された相電流の波形を概略的に示す。
【図５】同期機の測定された相電流から生じる全電流の波形を概略的に示す。
【００２８】
発明の実施形態
図１及び２から明らかなように、図示された実施例は、電気駆動機１０内の回転可能な磁性部材１２の現在角度位置を求める本発明による装置２０と、角度センサ系２８とを含んでいる。この図示された実施例では、電気駆動機１０はロータ１２を備えた同期機を有しており、角度センサ系２８は所定の限定された角度範囲内でロータ１２の現在角度測定値φAMR,kを一意に測定する。なお、上記した所定の限定された角度範囲は、図示された実施例では、０〜１８０°である。さらに、図示された電気駆動機ないし同期機１０は奇数の極対数Ｚｐを有している。
【００２９】
本発明によれば、評価及び／又は制御ユニット２２は、限定された角度範囲内で一意に測定された現在角度測定値φAMR,kに関する情報を、インタフェースユニット２２．４を介して受信し、この測定された現在角度測定値φAMR,kを回転可能な磁気ロータ１２の磁界の向きと正負とを用いて限定されていない角度範囲における一意の現在角度位置φkに変換する。その際、評価及び／又は制御ユニット２２は、電気駆動機１０の同期機に第１テストパルスＵa，Ｕb，Ｕcを印加し、印加された第１テストパルスＵa，Ｕb，Ｕcに反応して電気駆動機１０の同期機内に生じる第２テストパルスＩ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉcを評価することによって、初期コンフィギュレーションにおける回転可能な磁性部材１２の磁界の向きと正負を求める。
【００３０】
図示された実施例では、評価及び／又は制御ユニット２２は、所定の期間ｔPuls及び／又は所定の電圧値Ｕ及び／又は所定の方向cos(φAMR)，cos(φAMR−120°)，cos(φAMR−240°)，cos(φAMR−180°)，cos(φAMR−120°−180°)，cos(φAMR−240°−180°)を含む所定の情報を生成する。評価及び／又は制御ユニット２２は、第１テストパルスＵa，Ｕb，Ｕcを生成するためのこの所定の情報を少なくとも１つのインタフェース２２．４を介して電圧発生器２４に伝送する。電圧発生器２４はこの所定の情報に応じて電圧パルスＵa，Ｕb，Ｕcとして第１テストパルスを生成し、所定の駆動制御時点に所定の期間ｔPulsにわたって電気駆動機１０に印加する。図示されていない代替的な実施例では、電圧発生器２４の機能を評価及び／又は制御ユニット２２の一部として実現していてもよい。したがって、評価及び／又は制御ユニット２２は、所定の情報Ｕ，ｔPuls，cos(φAMR)，cos(φAMR−120°)，cos(φAMR−240°)，cos(φAMR−180°)，cos(φAMR−120°−180°)，cos(φAMR−240°−180°)に依存して、所定の電圧値Ｕ、相応する所定の方向cos(φAMR)，cos(φAMR−120°)，cos(φAMR−240°)，cos(φAMR−180°)，cos(φAMR−120°−180°)，cos(φAMR−240°−180°)を有する電圧パルスＵa，Ｕb，Ｕcとして第１テストパルスを自ら生成し、所定の駆動制御時点に所定の期間ｔPulsにわたって少なくとも１つのインタフェースユニット２２．４を介して同期機として実現された電気駆動機１０に直接印加する。
【００３１】
図１から明らかなように、図示された実施例では、評価及び／又は制御ユニット２２は、所定の測定時点において、発生した第２テストパルスを電流パルスＩ1，Ｉ2として少なくとも１つのインタフェースユニット２２．４介して電流測定器２６から受信し、発生した第２テストパルスＩ1，Ｉ2，Ｉa，Ｉb，Ｉcを評価する。なおここで、電流測定器２６は、電気駆動機１０の同期機の発生した相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcを測定し、測定された相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcから全電流パルスＩ1，Ｉ2を求めるものである。図示されていない代替的な実施例では、電流測定器２６の機能を評価及び／又は制御ユニット２２の一部として実現していてもよい。したがって、評価及び／又は制御ユニット２２が直接、直接電気駆動機１０の同期機において相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcを測定し、全電流パルスＩ1，Ｉ2を求め、評価する。
【００３２】
さらに、評価及び／又は制御ユニット２２は、必要な計算と記憶プロセスを実行することができるように、計算ユニット２２．２とメモリユニット２２．６を有している。
【００３３】
図２から明らかなように、ロータとして実現された回転可能な磁性部材１２は、Ｓ極１４．１とＮ極１４．２を有する極対１４を含んでいる。図２において、ｄ及びｑはロータに固定された磁軸を表しており、α及びβはステータに固定された軸を表しており、φは現在角度位置を表している。
【００３４】
図３〜５には、電圧値Ｕ、相電流Ｉa，Ｉb，Ｉc及び電流値Ｉの典型的な波形が示されている。
【００３５】
以下の機能説明ではつねに、電気機械は奇数の極対を有する三相同期機１０として実現されているものと仮定される。同様に、他の任意の相数を使用してもよい。本発明の実施形態にとって、ロータとして実現された回転可能な磁性部材１２の磁界が永久磁石によって生成されているのか、巻線によって電気的に生成されているのかはどうでもよい。ロータ１２の現在角度位置φAMRを所定の限定された角度範囲０〜１８０°内で一意に測定する角度センサ系２８は、異方性磁気抵抗効果を利用した少なくとも１つのＡＭＲ角度センサを含んでいる。
【００３６】
角度センサ系２８を用いれば、現在角度測定値φAMR,kを０〜１８０°の角度範囲内で一意に測定することができる。それに伴って、ロータ１４の磁界の向き、すなわちｄ軸を求めることができる。しかし、極対数が奇数の場合には、ロータ１４の磁界の正負は求めることができない。図２には、例として、極対１４を有するロータ１２の構造と、ロータ固定磁軸ｄ及びｑの位置が示されている。この実施例では、正確に１つのｄ軸と１つのｑ軸とが存在している。複数の極対を有するロータの場合、相応して複数のｄ及びｑ軸が存在する。今や、ロータ磁界と同じ向きを有するステータ磁界が発生するように、ステータに通電することが可能である。測定された現在角度測定値φAMR,kは０〜１８０°の範囲内でしか一意でないので、この時点では、ロータ磁界及びステータ磁界の正負が同じであるかどうかは未知である。したがって、２つの磁界が加算されるのか、それとも減算されるのかは未知である。
【００３７】
本発明の方法によれば、評価及び／又は制御ユニット２２は角度センサ系２８によって測定された現在角度測定値φAMR,kを読み込む。その際、角度位置φkの零点はｄ軸の角度となるように決められている。以下で説明する、回転可能な磁気ロータ１２の磁界の向きと正負の算出は、同期機として実現された電気駆動機１０の始動時に１回だけ静止状態で実行される。その後つねに一意的な現在角度測定値φAMR,kを得るために、同期機１０の回転数が最大の場合でも２つの角度測定の間の時間間隔において角度位置φkが９０°未満しか変化しないように、２つの角度測定の間の時間間隔は確実に短くされる。
【００３８】
第１駆動制御時点ｔkにおいて、式（１）に従い、第１電圧パルスＵa，Ｕb，ＵcがｔPulsの期間にわたって所定の向きでステータコイルに印加される。
【００３９】
【数１】
0005447903.tif 000002
したがって、第１駆動制御時点ｔkにおいて、Ｕa＝Ｕcos(φAMR,k)，Ｕb＝Ｕcos(φAMR,k−120°)，Ｕc＝Ｕcos(φAMR,k−240°)である。ここで、正の電圧値Ｕと期間ｔPulsは、発生する電流が電気駆動機１０又は制御電子ユニットを損傷させるほど大きくはならないが、電気駆動機１０の電流センサ系２６が十分正確に電流を測定できる程度には大きくなるように、設定される。
【００４０】
第１駆動制御時点ｔkに印加された電圧パルスＵa，Ｕb，Ｕcに反応して生じ、第１測定時点ｔ1に測定された相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcから、発生する第１全電流パルスＩ1の大きさが式（２）に従って計算される。
【００４１】
【数２】
0005447903.tif 000003
全電流パルスＩ1の値は、３つの相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcから計算される電流矢印の長さに相当する。Ｉa，Ｉb，Ｉcは電圧パルスの終了時又はその直前に測定される。
【００４２】
後続の第２駆動制御時点ｔk+1においては、式（３）に従い、第２電圧パルスＵa，Ｕb，ＵcがｔPulsの期間にわたって所定の向きでステータコイルに印加される。
【００４３】
【数３】
0005447903.tif 000004
したがって、第２駆動制御時点ｔk+1において、Ｕa＝(−Ｕ)cos(φAMR,k)＝Ｕcos(φAMR,k−180°)，Ｕb＝(−Ｕ)cos(φAMR,k−120°)＝Ｕcos(φAMR,k−120°−180°)，Ｕc＝(−Ｕ)cos(φAMR,k−240°)＝Ｕcos(φAMR,k−240°−180°)である。
【００４４】
第２駆動制御時点ｔk+1に印加された電圧パルスＵa，Ｕb，Ｕcに反応して生じ、第２測定時点ｔ2に測定された相電流Ｉa，Ｉb，Ｉcから、発生する第２全電流パルスＩ2の大きさが式（２）に従って計算される。ここで重要なことは、電圧パルスの開始から電流測定までの期間が第１測定の期間と等しいということである。
【００４５】
第１測定時点ｔ1に求められた発生する第１全電流パルスＩ1の大きさが第２測定時点に発生する第２全電流パルスＩ2の大きさ以上ならば、ロータ１２の現在角度位置φkは角度センサ系２８によって測定された現在角度測定値φAMR,kに等しい、つまりφk＝φAMR,kである。一方、第１測定時点ｔ1に求められた発生する第１全電流パルスＩ1が第２測定時点に発生する第２全電流パルスＩ2よりも小さければ、ロータ１２の現在角度位置φkは角度センサ系２８によって測定された現在角度測定値φAMR,kと１８０°の補正値との和に等しい、つまりφk＝φAMR,k＋180°である。
【００４６】
現在角度位置φkと測定された角度測定値φAMR,kはメモリ２２．６に記憶される。以下では、角度測定値φAMR,kは周期的に測定される、理想的には等間隔の角度測定時点ｔ1からｔnを有する固定的な時間パターンで測定される。各角度測定時点ｔk，ｋ＝１...ｎにおいて、直前の角度測定時点ｔk−1に測定された古い角度測定値φAMR,k−1と、直前の測定時点ｔk−1に計算された古い角度位置φk−1と、現在時点ｔkに測定された現在角度測定値φAMR,kとから、ロータ１２の新しい現在角度位置φkが計算される。
【００４７】
古い測定された角度測定値φAMR,k−1と現在の測定された角度測定値φAMR,kとの間の差の絶対値が、角度測定時点間の時間差（ｔk−ｔk−1）と可能な最大角速度ωmaxとの積よりも小さければ、すなわち、|φAMR,k−φAMR,k−1|＜(ｔk−ｔk−1)ωmaxならば、ロータ１２の現在角度位置φkは境界０°／１８０°をまだ超えない。ここで、ωmaxは同期機１０の可能な最大角速度である。したがって、この場合、ロータ１２の現在角度位置φkは式（４）から計算される。
【００４８】
【数４】
0005447903.tif 000005
【００４９】
古い測定された角度測定値φAMR,k−1と現在の測定された角度測定値φAMR,kとの間の差の絶対値が、角度測定時点間の時間差（ｔk−ｔk−1）と可能な最大角速度ωmaxとの積よりも大きい場合には、すなわち、|φAMR,k−φAMR,k−1|＞(ｔk−ｔk−1)ωmaxならば、ロータ１２の現在角度位置φkは境界０°／１８０°を超える。ここで、ωmaxは同期機１０の可能な最大角速度である。したがって、この場合、ロータ１２の現在角度位置φkは式（５）から計算される。
【００５０】
【数５】
0005447903.tif 000006
【００５１】
図３〜５には、電圧の大きさＵ、相電流Ｉa，Ｉb，Ｉc及び電流の大きさＩの典型的な波形が示されている。第１全電流パルスＩ1は第２全電流パルスＩ2よりも大きいことがはっきりと見て取れる。つまり、第１電圧パルスは永久磁石のＮ極の方向に印加されたので、ステータ磁界とロータ磁界は正に重畳する。
【００５２】
ロータの現在角度位置を所定の限定された角度範囲内で一意に測定する角度センサ系と、電流センサ系とがあり、電気駆動機が奇数の極対を有するならば、本発明の実施形態は任意の電気駆動機において使用可能である。
【図１】
0005447903.tif 000007
【図２】
0005447903.tif 000008
【図３】
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【図４】
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【図５】
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