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DE102009040332A1 - Rotor's rotation variable e.g. rotation angle, determining method for drive control of synchronous electric motor, involves determining angular variable i.e. difference between characteristics of induction and determined induction - Google Patents

Rotor's rotation variable e.g. rotation angle, determining method for drive control of synchronous electric motor, involves determining angular variable i.e. difference between characteristics of induction and determined induction Download PDF

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DE102009040332A1
DE102009040332A1 DE102009040332A DE102009040332A DE102009040332A1 DE 102009040332 A1 DE102009040332 A1 DE 102009040332A1 DE 102009040332 A DE102009040332 A DE 102009040332A DE 102009040332 A DE102009040332 A DE 102009040332A DE 102009040332 A1 DE102009040332 A1 DE 102009040332A1
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DE
Germany
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induction
rotor
magnetic field
determining
measured
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Withdrawn
Application number
DE102009040332A
Other languages
German (de)
Inventor
Carsten Fraeger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Lenze Automation GmbH
Original Assignee
Lenze Automation GmbH
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Publication date
Application filed by Lenze Automation GmbH filed Critical Lenze Automation GmbH
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Publication of DE102009040332A1 publication Critical patent/DE102009040332A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/16Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Abstract

The method involves determining induction from a rotor magnetic field in which repletion characteristics of a core of a magnetic coil is used. The determined induction is compared with characteristics of the induction. An angular variable i.e. difference between the characteristics of the induction and the determined induction, is determined based on the comparison. Main induction is produced by a magnetic field to be produced. The rotor magnetic field measurement is determined and evaluated by weighting factors of the repletion characteristics. An independent claim is also included for a device for determining a rotation variable of a rotor, such as rotor angle or rotor angle change in a drive control for a motor.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen (oder Erfassen) eines Rotorwinkels (Winkelposition oder Lage) und/oder einer Rotorwinkeländerung über eine Magnetfeldmessung. Allgemein wird eine dem Rotor zuzuordnende Größe erfasst oder bestimmt, die mit der Lage oder einer ihrer Ableitungen nach der Zeit korreliert (zusammenhängt).The This invention relates to a method and apparatus for Determining (or detecting) a rotor angle (angular position or Lage) and / or a rotor angle change over a Magnetic field measurement. In general, a variable to be assigned to the rotor is detected or determined with the location or one of its derivatives correlated (related) to time.

Für drehzahlveränderliche elektrische Antriebe werden heute meistens Frequenzumrichter und Servoumrichter eingesetzt. Sie dienen dazu, den Elektromotor mit genau dem Strom zu versorgen, der für die Antriebsaufgabe erforderlich ist. Die Umrichter bestehen aus dem leistungselektronischen Teil und dem Steuerungsteil, der für die Ansteuerung der Leistungsbauteile, die Regelung, die Überwachung und die Kommunikation mit einer überlagerten Steuerungen zuständig ist.For variable speed Electric drives are nowadays mostly frequency converters and Servo inverter used. They serve to the electric motor with to supply exactly the power required for the drive task is. The inverters consist of the power electronic part and the control part intended for the control of the power components, the regulation, the monitoring and the communication with a superimposed one Controls responsible is.

Für den Betrieb von Synchronmaschinen ist die Rückführung der Rotorlage erforderlich, damit Strom oder Spannung passend zum Rotormagnetfeld vorgegeben werden können. Hierzu werden Winkelsensoren eingesetzt, z. B. Resolver oder optische Geber. Die Geber müssen separat angebaut werden und schränken die mechanische Ausprägung der Motoren ein. Heutige Rückführungen sind relativ aufwändig. Hier wird das Magnetfeld des Rotors für die Rückführung betrachtet. Dazu ist die Messung des Magnetfeldes notwendig.For the business of synchronous machines is the return of the Rotor position required to allow current or voltage to match the rotor magnetic field can be specified. For this purpose, angle sensors are used, for. B. resolver or optical encoder. The givers must be grown separately and restrict the mechanical expression the engines. Today's returns are relatively expensive. Here the magnetic field of the rotor for the return is considered. Is to the measurement of the magnetic field necessary.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, kostengünstige Antriebe mit Synchronmaschinen und Umrichtern zu realisieren, die sich durch einen hohen Wirkungsgrad, geringen Strombedarf und geringes Volumen und Gewicht auszeichnen.Therefore the invention is based on the object, cost-effective drives to realize with synchronous machines and converters, which are characterized by a high efficiency, low power consumption and low volume and Distinguish weight.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren zum Bestimmen einer Drehgröße, insbesondere der Rotorwinkellage, der gattungsgemäßen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, 10 oder 16 gelöst.These Task is with the method for determining a rotation amount, in particular the rotor angle position, the generic type by the features of claim 1, 10 or 16 solved.

Die ”Winkelmessung” (Drehgröße, insbesondere eines Rotorwinkels als Winkelposition oder Lage und/oder einer Rotorwinkeländerung) erfolgt über eine Messung des Magnetfeldes des Rotors durch die Nutzung des Sättigungsverhaltens des Magnetspulenkerns. Es wird durch einen Magnetfeldsensor ausgewertet, wobei das Sättigungsveralten des Kerns genau bekannt ist. Durch das zu messende Feld wird die Hauptinduktion erzeugt. Durch Bestimmen einer Induktion und Vergleichen der gemessenen Induktion mit dem bekannten Verlauf der Induktion wird die Drehgröße als Rotorwinkel oder Rotorwinkel-Änderung bestimmt oder ermittelt. Aus dem Vergleich, insbesondere Differenzbildung, zwischen dem bekannten Verlauf der Induktion und dem gemessenen Verlauf der Induktion entsteht das Messergebnis.The "angle measurement" (rotation, in particular a rotor angle as angular position or position and / or a rotor angle change) over a measurement of the magnetic field of the rotor by the use of the saturation behavior of the magnet coil core. It is evaluated by a magnetic field sensor, where the saturation is obsolete the core is known exactly. The field to be measured becomes the Main induction generated. By determining an induction and comparing the measured induction with the known course of induction the turning size becomes the rotor angle or rotor angle change determined or determined. From the comparison, especially subtraction, between the known course of the induction and the measured Course of induction results in the measurement result.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der allgemein beanspruchten Erfindung (Anspruch 1, 10 oder 16) ergeben sich aus den Unteransprüchen.advantageous Design features of the invention as claimed (claim 1, 10 or 16) will become apparent from the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren löst die voranstehende Aufgabe mittels Kombinationen der Sättigungsabhängigkeiten der Permeabilität, der Hystereseverluste und der Oberschwingungen, in Abhängigkeit von der Induktion.The inventive method solve the above Task by combinations of the saturation dependences of the permeability, the hysteresis losses and the harmonics, in dependence from induction.

Zur Magnetfeldmessung wird hier das Sättigungsverhalten des Magnetspulenkern in Abhängigkeit von der Permeabilität, der Verluste und Verzerrung ausgenutzt, weil die Sättigungs-Abhängigkeit für verschiedene Bereiche der Induktion verschieden ist.to Magnetic field measurement here becomes the saturation behavior of the magnet coil core dependent on from the permeability, exploited the losses and distortion, because the saturation dependence for different Ranges of induction is different.

Zur Messung im unteren und mittleren Bereich der Induktion eignet sich vorrangig die Sättigungsabhängigkeit der Permeabilität. Im oberen Bereich ist der Zusammenhang nicht mehr so eindeutig und ausgeprägt.to Measurement in the lower and middle range of the induction is suitable primarily the saturation dependency the permeability. In the upper part of the context is no longer so clear and pronounced.

Bei hohen Induktionen eignet sich eine Ummagnetisierungs-Verlustbetrachtung für das überlagerte Wechselfeld. Die Verluste mit der Induktion des Hauptfeldes nehmen besonders bei hohen Induktionen zu.at high inductions a remagnetization loss consideration is suitable for the superimposed Alternating field. Take the losses with the induction of the main field especially at high inductions too.

Mit zunehmender Sättigung nimmt die Verzerrung der Induktion zu. Das heißt bei sinusförmigem Zeitverlauf der Feldstärke enthält der Zeitverlauf der Induktion Anteile mit vielfacher Frequenz der Feldstärke.With increasing saturation increases the distortion of induction. That means with sinusoidal time course the field strength contains the time course of induction shares with multiple frequency of field strength.

Die Auflösung und Genauigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist abhängig von Fertigungsstreuungen. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, wird eine Kompensation des Hauptfeldes vom zu messenden Magnetfeld durchgeführt. Der Strom wird in der Steuerspule so geregelt, dass er das Hauptfeld kompensiert und ein genaues Abbild des zu messenden Stromes aufweist.The resolution and accuracy of the method according to the invention is dependent on Manufacturing variations. To further improve the accuracy is a compensation of the main field of the magnetic field to be measured performed. The current is controlled in the control coil so that it compensates the main field and has an accurate image of the current to be measured.

Vorteile des Verfahrens sind:

  • – hohe Messgenauigkeit bei geringem Aufwand;
  • – Robustheit gegen hohe Temperaturen (keine elektronischen Bauteile im Motor);
  • – Robustheit gegen Verschmutzung (kein optisches System).
Advantages of the method are:
  • - high measuring accuracy with little effort;
  • - robustness against high temperatures (no electronic components in the engine);
  • - Robustness against contamination (no optical system).

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigen:The Invention will be described below with reference to the drawings of embodiments explained in more detail. there demonstrate:

1 Prinzipschaltbild zur Strommessung, 1 Block diagram for current measurement,

2 Prinzipschaltbild zur Strommessung mit Kompensationsverfahren, 2 Block diagram for current measurement with compensation method,

3 Sättigungsabhängigkeit der reversiblen Permeabilität und der spezifischen Verluste, 3 Saturation dependence of reversible permeability and specific losses,

4 Sättigungsabhängigkeit der Oberschwingungen, 4 Saturation dependence of the harmonics,

5 Diagramm den Verlauf der Induktion in Abhängigkeit vom Drehwinkel, 5 Diagram the course of the induction as a function of the angle of rotation,

6 Ausführungsbeispiel für einen Synchronmotor mit Permanentmagneten und Winkelmessung über die Rotormagnetfeld-Betrachtung. 6 Embodiment for a synchronous motor with permanent magnets and angle measurement on the rotor magnetic field view.

1 ist ein Prinzipschaltbild in einer schematischen Darstellung einer Rückführvorrichtung zum Bestimmen der Rotorwinkelposition, die als parallele Kombination für die Magnetfelderfassung aus folgenden Teilen besteht:

  • – Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Oberschwingungen (Funktionsgruppe 1);
  • – Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Permeabilität (Funktionsgruppe 2);
  • – Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Hystereseverluste (Funktionsgruppe 3);
  • – Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Oberschwingungen mit der Hauptfeldkompensation (zeigt 2).
1 is a schematic diagram in a schematic representation of a feedback device for determining the rotor angle position, which consists of a parallel combination for the magnetic field detection of the following parts:
  • - evaluation of the saturation dependence of the harmonics (function group 1);
  • - evaluation of the saturation dependence of the permeability (function group 2);
  • - Evaluation of the saturation dependence of the hysteresis losses (function group 3);
  • - Evaluation of the saturation dependence of the harmonics with the main field compensation (shows 2 ).

Für die Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Permeabilität, Funktionsgruppe 2 in 1, nutzt der Magnetfeldsensor das Sättigungsverhalten des Kerns, der vom zu messenden Magnetfeld magnetisiert wird

  • – Mit zunehmender Sättigung nimmt die Permeabilität des Kernmaterials ab.
  • – Das bedeutet, dass auch die Induktivität einer Spule auf dem Kern mit zunehmender Sättigung abnimmt.
  • – Die Sättigung wird durch Messung der Induktivität einer Messwicklung auf dem Kern bestimmt.
  • – Eine Strombestimmung erfolgt über eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Induktivität der Messspule und dem zu messenden Strom beschreibt.
For the evaluation of the saturation dependence of the permeability, functional group 2 in 1 , the magnetic field sensor uses the saturation behavior of the core, which is magnetized by the magnetic field to be measured
  • - With increasing saturation, the permeability of the core material decreases.
  • - This means that the inductance of a coil on the core decreases with increasing saturation.
  • - The saturation is determined by measuring the inductance of a measuring winding on the core.
  • - A current is determined by a characteristic curve that describes the relationship between the inductance of the measuring coil and the current to be measured.

Vorraussetzung ist allerdings, dass das Sättigungsverhalten des Kerns zumindest im Wesentlichen bekannt ist.requirement However, that is the saturation behavior the core is at least substantially known.

Die Induktivität der Messspule ist proportional der reversiblen Permeabilität des ferromagnetischen Kerns für ein kleines überlagertes Magnetfeld. 3 zeigt, dass die reversible Permeabilität von 1800 bei kleinen Induktionen auf 1000 bei höheren Induktionen abnimmt, dann aber nur noch geringe Änderungen aufweist.The inductance of the measuring coil is proportional to the reversible permeability of the ferromagnetic core for a small superimposed magnetic field. 3 shows that the reversible permeability decreases from 1800 for small inductions to 1000 for higher inductions, but then shows only slight changes.

In der Anwendung für Magnetfeldsensoren wird die Hauptinduktion durch das zu messende Feld erzeugt. Das überlagerte Wechselfeld wird von einer Sensorspule erzeugt, die von der Auswerteelektronik gespeist und ausgewertet wird.In the application for Magnetic field sensors become the main induction through the to be measured Field generated. The superimposed Alternating field is generated by a sensor coil fed by the transmitter and evaluated.

Die Sättigungsabhängigkeit der Permeabilität eignet sich vorrangig zur Messung im unteren und mittleren Bereich der Induktion. Im oberen Bereich ist der Zusammenhang nicht mehr so eindeutig und ausgeprägt.The saturation dependence the permeability is primarily suitable for measurement in the lower and middle range the induction. In the upper part of the context is no longer so clear and pronounced.

Die Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Hystereseverluste erfolgt nach der Funktionsgruppe 3 in der 1. Für das überlagerte Wechselfeld nimmt die Induktion des Hauptfeldes zu. 3 zeigt dass diese Abhängigkeit besonders bei hohen Induktionen ausgeprägt ist. Damit eignet sich die Verlustbetrachtung besonders bei hohen Induktionen bzw. Strömen.The evaluation of the saturation dependency of the hysteresis losses takes place after the function group 3 in the 1 , For the superimposed alternating field, the induction of the main field increases. 3 shows that this dependence is especially pronounced at high inductions. Thus, loss analysis is particularly suitable for high inductions or currents.

Für die Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Oberschwingungen (Funktionsgruppe 1 nach 1) mit zunehmender Sättigung nimmt die Verzerrung der Induktion zu. 4 zeigt dass bei sinusförmigem Zeitverlauf der Feldstärke der Zeitverlauf der Induktion Anteile mit vielfacher Frequenz der Feldstärke enthält. Besonders ausgeprägt sind die niederfrequenten Anteile mit zwei- und dreifacher Frequenz.For the evaluation of the saturation dependence of the harmonics (function group 1 according to 1 ) As saturation increases, the distortion of induction increases. 4 shows that with sinusoidal time course of the field strength of the time course of the induction contains portions with multiple frequency of the field strength. Particularly pronounced are the low-frequency components with two and three times the frequency.

Deutlich ist zu sehen, wie bei konstanter Feldstärke einer Grundschwingung die Induktionen für die doppelte und dreifache Frequenz zunehmen. Die Induktionen spiegeln sich als induzierte Spannung in der Sensorwicklung wieder.Clear It can be seen how the constant field strength of a fundamental vibration Inductions for the double and triple frequency increase. The inductions reflect itself as induced voltage in the sensor winding again.

Um die Messgenauigkeit unabhängig von Fertigungsstreuungen weiter zu verbessern, wird das Hauptfeld vom zu messenden Magnetfeld kompensiert, vgl. 2. Die Kompensation erfolgt mittels Verwendung einer Steuerspule, die so geregelt wird, dass der Strom in der Steuerspule ein genaues Abbild des zu messenden Feldes ist. Zur Messung der Regeldifferenz wird die zweite Oberschwingung genutzt. Sie hat bei genauer Kompensation die Amplitude Null. Aus der Phasenlage zur Grundschwingung kann die Polarität der zu messenden Induktion ermittelt werden. 2 zeigt diesen prinzipiellen Aufbau der Strommessung mit der Auswerteelektronik.In order to further improve the measurement accuracy, regardless of manufacturing variations, the main field is compensated by the magnetic field to be measured, cf. 2 , The compensation is done by using a control coil which is controlled so that the current in the control coil is an accurate image of the field to be measured. To measure the control difference, the second harmonic is used. With exact compensation, it has the amplitude zero. The polarity of the induction to be measured can be determined from the phase relation to the fundamental oscillation. 2 shows this basic structure of the current measurement with the transmitter.

Auf diese Weise ist eine Feldmessung mit hoher Genauigkeit bei geringem Aufwand möglich, ohne dass Fertigungsstreuungen das Ergebnis beeinflussen. Lediglich der Kompensationsregler muss für das jeweilige Kernmaterial einmal abgeglichen werden.On This is a field measurement with high accuracy at low Effort possible, without that manufacturing variations affect the result. Only the Compensation controller must be for the respective nuclear material are compared once.

Aus der Induktion des Magnetfeldes wird der Drehwinkel des Rotors ermittelt. Dazu wird die Induktion an wenigstens 2 Stellen gemessen. Die Induktion B hat allgemein folgende Abhängigkeit vom Rotorwinkel β: B(β) = B1cos(β – β1) + B2cos(2β – β2) + B3cos(3β – β3) + B4cos(4β – β4) + ... From the induction of the magnetic field, the angle of rotation of the rotor is determined. This is the Induk tion measured at least 2 places. The induction B generally has the following dependence on the rotor angle β: B (β) = B 1 cos (β - β 1 ) + B 2 cos (2β - β 2 ) + B 3 cos (3β - β 3 ) + B 4 cos (4β - β4) + ...

Bei Verdrehung des Rotors um den Winkel φ ergibt sich die Rotorinduktion in Abhängigkeit vom Statorwinkel α zu B(α)= B1cos(α – φ – β1) + + B2cos(2α – 2φ – β2) + B3cos(3α – 3φ – β3) + + B4cos(4α – 4φ – β4)+ ... Upon rotation of the rotor by the angle φ, the rotor induction results in dependence on the stator angle α B (α) = B 1 cos (α - φ - β1) + + B 2 cos (2α - 2φ - β 2 ) + B 3 cos (3α - 3φ - β 3 ) + + B 4 cos (4α - 4φ - β 4 ) + ...

Wird die Induktion an zwei Stellen α1 und α2 gemessen, kann der Winkel φ aus den zwei Induktionen B(α1) und B(α2) bestimmt werden.If the induction is measured at two points α 1 and α 2 , the angle φ can be determined from the two inductions B (α 1 ) and B (α 2 ).

Dies kann z. B. auf folgendem Weg geschehen: Aus den gemessenen Induktionen werden die Verhältnisse B(α1)/B(α2) und B(α2)/B(α1) ermittelt. Das Verhältnis, dessen Betrag kleiner als 1 (Eins) ist, wird in einer Kennlinie gesucht. Aus der Kennlinie ergeben sich dabei im Allgemeinen zwei zugehörige Winkel. Durch Vergleich des Vorzeichens der gemessenen Induktion wird die zu den Induktionen gehörige Kennlinie ausgewählt. Damit ist der Winkel eindeutig bestimmt.This can be z. B. from the measured inductions, the ratios B (α 1 ) / B (α 2 ) and B (α 2 ) / B (α 1 ) are determined. The ratio whose amount is smaller than 1 (one) is searched in a characteristic. In general, two associated angles result from the characteristic curve. By comparing the sign of the measured induction, the characteristic associated with the inductions is selected. Thus, the angle is uniquely determined.

Ein Beispiel zeigt wie der Induktionsverlauf des Magnetfeldes mit folgenden Daten für die Induktion gekennzeichnet ist
B1 = 1T
B2 = 0,2 T
B3 = 0,1 T
B4 = 0,03 T
beta 1 = 0°
beta 2 = 0°
beta 3 = 0°
beta 4 = 0°
An example shows how the induction curve of the magnetic field is marked with the following data for the induction
B1 = 1T
B2 = 0.2T
B3 = 0.1T
B4 = 0.03 T
beta 1 = 0 °
beta 2 = 0 °
beta 3 = 0 °
beta 4 = 0 °

Die Induktion wird an folgenden Stellen gemessen:
α1 = 0°
α2 = 70°
The induction is measured at the following locations:
α 1 = 0 °
α 2 = 70 °

Das Diagramm von 5 zeigt den Verlauf der Induktion in Abhängigkeit vom Drehwinkel. Außerdem finden sich in dem Diagramm die Induktionsverhältnisse B(α1)/B(α2) und B(α2)/B(α1) jeweils für den Wertebereich von –1...+1.The diagram of 5 shows the course of the induction as a function of the angle of rotation. In addition, the induction ratios B (α 1 ) / B (α 2 ) and B (α 2 ) / B (α 1 ) are found in the diagram for the value range from -1 to + 1, respectively.

Ein Beispiel a) mit den gemessenen Induktionen -0,1 T und –0,8 T ergibt B(α1) = –0,8 T, B(α2) = –0,1 TAus den Induktionen ergeben sich die Induktionsverhältnisse B(α1)/B(α2) = 8; B(α2)/B(α1) = 0,125. An example a) with the measured inductions -0.1 T and -0.8 T results B (α 1 ) = -0.8 T, B (α 2 ) = -0.1T The inductions result in the induction ratios B (α 1 ) / B (α 2 ) = 8; B (α 2 ) / B (α 1 ) = 0.125.

Also wird die Kurve (Siehe 5) zu B(α2)/B(α1) ausgewertet.So the curve (See 5 ) to B (α 2 ) / B (α 1 ).

Da die Induktion B(α1) negativ ist, gilt nur die mittlere Kurve zwischen 120° und 215°.Since induction B (α 1 ) is negative, only the mean curve between 120 ° and 215 ° is valid.

Damit ergibt sich der Winkel φ für B(a2)/B(α1) = 0,125 zu φ = 154°Somit führen die an zwei Stellen gemessenen Induktionen zu einem eindeutig bestimmten Drehwinkel.This results in the angle φ for B (a 2 ) / B (α 1 ) = 0.125 to φ = 154 ° Thus, the inductions measured at two points lead to a uniquely determined angle of rotation.

Nun soll der Winkel φ für gemessene Induktionen ermittelt werden.Now the angle φ should be measured for Inductions are determined.

Im Beispiel b) sind die gemessenen Induktionen 0,4 T und 1,2 T. Deshalb ergibt sich B(α1) = 0,4 T, B(α2) = 1,2 TAus den Induktionen ergeben sich die Induktionsverhältnisse B(α1)/B(α2) = 0,33; B(a2)/B(α1) = 3,1. In example b), the measured inductions are 0.4 T and 1.2 T. Therefore, this results B (α 1 ) = 0.4 T, B (α 2 ) = 1.2T The inductions result in the induction ratios B (α 1 ) / B (α 2 ) = 0.33; B (a 2 ) / B (α 1 ) = 3.1.

Also wird die Kurve (siehe 5) zu B(α1)/B(α2) ausgewertet.So the curve (see 5 ) to B (α 1 ) / B (α 2 ).

Da die Induktion B(α2) positiv ist, gilt nur die linke Kurve zwischen 35° und 120°. Damit ergibt sich der Winkel φ für B(α1)/B(α2) = 0,33 zu φ = 54°. Since induction B (α 2 ) is positive, only the left curve is between 35 ° and 120 °. This results in the angle φ for B (α 1 ) / B (α 2 ) = 0.33 to φ = 54 °.

Somit führen die an zwei Stellen gemessenen Induktionen zu einem eindeutig bestimmten Drehwinkel.Consequently to lead the inductions measured at two locations to a clearly determined angle of rotation.

11
Sättigungsabhängiger OberschwingungsverlaufSaturation-dependent harmonic behavior
22
Sättigungsabhängiger InduktivitätsverlaufSaturation-dependent inductance curve
33
Sättigungsabhängiger VerlustverlaufSaturation-dependent loss history
44
Block für Gewichtungsfaktorenblock for weighting factors
55
Auswahlblockselection block
66
Verband Sättigungsabhängiger Oberschwingungsverlauf mit einer Kompensationsspule oder mit einer Messwicklung und einer Kompensationswicklung.Association Saturation-dependent harmonic behavior with a compensation coil or with a measuring winding and a Compensation winding.

Claims (18)

Verfahren zur Bestimmung einer Drehgröße des Rotors, insbesondere als Rotorwinkel oder Rotorwinkel-Änderung, in einer Antriebssteuerung für einen Motor mit Permanentmagneten, die relativ zu einem Sensor mit Sensorspule bewegbar sind, mit den folgenden Schritten – Bestimmen einer Induktion aus einem Rotormagnetfeld, indem ein bekanntes Sättigungsverhalten eines Kerns der Magnetspule ausgenutzt wird; – Vergleichen einer gemessenen Induktion mit dem bekannten Verlauf der Induktion; – Bestimmen der Winkelgröße aus dem Vergleich, inbesondere einer Differenz, zwischen dem bekannten Verlauf der Induktion und der gemessenen Induktion.Method for determining a rotary variable of the rotor, in particular as a rotor angle or rotor angle change, in a drive control for a motor with permanent magnets that are relative to a sensor with a sensor coil are movable, comprising the following steps - determining an induction of a rotor magnetic field by a known saturation behavior of a core of the magnetic coil is utilized; Comparing a measured induction with the known course of the induction; Determining the angle size from the comparison, in particular a difference, between the known course of the induction and the measured induction. Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels nach Anspruch 1, wobei eine Hauptinduktion durch das zu messende Magnetfeld erzeugt wird.Method for determining a rotor angle after Claim 1, wherein a main induction by the magnetic field to be measured is produced. Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotormagnetfeldmessung über Gewichtungsfaktoren des Sättigungsverhaltens ermittelt und ausgewertet wird.Method for determining a rotor angle after Claims 1 to 2, characterized in that the rotor magnetic field measurement via weighting factors the saturation behavior determined and evaluated. Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels nach Anspruch 1 bis 3, wobei die Rotormagnetfeldmessung erfolgt, durch Auswertung von – Sättigungsverhalten der Permeabilität, – Sättigungsverhalten der Hystereseverluste, – Sättigungsverhalten der Oberschwingungen.Method for determining a rotor angle after Claims 1 to 3, wherein the rotor magnetic field measurement is carried out by Evaluation of - saturation behavior the permeability, - saturation behavior the hysteresis losses, - saturation behavior the harmonics. Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Rotormagnetfeldmessung im unteren und mittleren Bereich der Induktion durch Auswertung des Sättigungsverhaltens der Permeabilität erfolgt.Method for determining a rotor angle after Claims 1 to 4, wherein the rotor magnetic field measurement in the lower and middle range of induction by evaluation of the saturation behavior the permeability he follows. Verfahren zur Bestimmung eines Rotorwinkels nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Rotor-Magnetfeldmessung im höheren Bereich der Induktion durch Auswertung der Sättigungsabhängigkeit von Hystereseverlusten erfolgt.Method for determining a rotor angle after Claims 1 to 5, wherein the rotor magnetic field measurement in the higher region induction by evaluating the saturation dependence of hysteresis losses he follows. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei die Rotormagnetfeldmessung in allen Bereichen der Induktion durch Auswertung der Sättigungsabhängigkeit von Oberschwingungen erfolgt.The method of claim 1 to 6, wherein the rotor magnetic field measurement in all areas of induction by evaluation of the saturation dependence of harmonics takes place. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Rotormagnetfeldmessung anhand einer Hauptfeldkompensation des zu messenden Magnetfelds durch Auswertung der Sättigungsabhängigkeit der Oberschwingungen erfolgt.The method of claim 7, wherein the rotor magnetic field measurement based on a main field compensation of the magnetic field to be measured by evaluation of the saturation dependence the harmonics takes place. Verfahren nach Anspruch 2, wobei sich die Induktion als induzierte Spannung in den Sensorwicklungen wiederfindet.The method of claim 2, wherein the induction as induced voltage in the sensor windings. Vorrichtung zum Bestimmen eines Rotorwinkels oder einer Rotorwinkel-Änderung in einer Antriebssteuerung für eine Maschine mit Permanentmagneten, welcher Permanentmagnet relativ zu einem Sensor bewegbar ist; wobei die Vorrichtung eine Sensorspule in dem Sensor aufweist, welche das Rotormagnetfeld für bestimmte Bereiche der Induktion misst, und eine Auswerteschaltung vorgesehen ist, zur Auswertung eines Sättigungsverhaltens der Permeabilität, von Hystereseverlusten und von Oberschwingungen über einen Funktionsblock (4) mit Gewichtungsfaktoren und einen Funktionsblock (5) zur Auswahl der Bestimmung des Rotorwinkels oder der Änderung des Winkels.An apparatus for determining a rotor angle or a rotor angle change in a drive controller for a permanent magnet machine, which permanent magnet is movable relative to a sensor; wherein the device comprises a sensor coil in the sensor, which measures the rotor magnetic field for specific regions of the induction, and an evaluation circuit is provided, for evaluating a saturation behavior of the permeability, hysteresis losses and harmonics via a function block ( 4 ) with weighting factors and a function block ( 5 ) for selecting the determination of the rotor angle or the change of the angle. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Vorrichtung mehrere Magnetfeldsensoren aufweist, um das Rotormagnetfeld durch die Nutzung des Sättigungsverhaltens des Kerns zu messen und auszuwerten.Apparatus according to claim 10, wherein the device having a plurality of magnetic field sensors to the rotor magnetic field through the use of saturation behavior of the core to measure and evaluate. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Spulenkern zusätzlich mit einer Steuerspule, die das Hauptfeld des zu messendes Magnetfelds kompensiert, versehen wird, um Fertigungsstreuungen zu reduzieren oder gar zu eliminieren.Apparatus according to claim 10, wherein the spool core additionally with a control coil, which is the main field of the magnetic field to be measured compensated, in order to reduce manufacturing spreads or even eliminated. Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei ein Rotorwinkel und eine Rotorwinkel-Änderung in der Antriebssteuerung für die Maschine mit Permanentmagneten bestimmt wird.Apparatus according to claim 10, wherein a rotor angle and a rotor angle change in the drive control for the machine is determined by permanent magnets. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Strom in der Steuerspule oder in zusätzlichen Wicklungen so regelbar ist, dass er das Hauptfeld des zu messenden Magnetfeldes kompensiert und ein genaues Abbild der zu messenden Induktion darstellt.Device according to claim 10, characterized in that that the current in the control coil or in additional windings so controllable is that it compensates the main field of the magnetic field to be measured and represents an exact image of the induction to be measured. Vorrichtung nach Anspruch 10, und 12 bis 14, wobei bei einer Regeldifferenzmessung die zweite Oberschwingung genutzt wird, die bei genauer Kompensation eine Amplitude Null aufweist.Apparatus according to claim 10, and 12 to 14, wherein used in a control difference measurement, the second harmonic is, which has a zero amplitude with accurate compensation. Verfahren zur Erfassung einer dem Rotor zuzuordnenden Drehgröße in einer Antriebssteuerung für eine Maschine mit Permanentmagnet, wobei dieser Magnet relativ zu einem Sensor mit darin angeordneter Sensorspule bewegt wird, das Verfahren mit den folgenden Schritten – Bestimmen eines Verlaufs einer ersten Induktion aus einem Magnetfeld des Rotor, unter Nutzung eines Sättigungsverhalten eines Kerns der Sensorspule; – Vergleichen eines Verlaufs einer zweiten Induktion mit der ersten Induktion, im jeweiligen Verlauf; – Erfassen der dem Rotor zuzuordnenden Drehgröße aus dem Vergleich zwischen dem Verlauf der ersten Induktion und dem Verlauf der zweiten Induktion.Method for detecting a rotor to be assigned Turning size in one Drive control for a permanent magnet machine, this magnet being relative to a sensor is moved with arranged therein sensor coil, the Procedure with the following steps - Determining a course a first induction from a magnetic field of the rotor, under use a saturation behavior a core of the sensor coil; - Compare a history a second induction with the first induction, in each case Course; - To capture the rotor to be assigned rotary size from the comparison between the course of the first induction and the course of the second induction. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die erste Induktion bekannt ist, und die zweite Induktion gemessen wird.The method of claim 16, wherein the first induction is known, and the second induction is measured. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Vergleich eine Differenzbildung ist.The method of claim 16, wherein the Ver is equal to a difference.
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DE102018216722A1 (en) * 2018-09-28 2020-04-02 Voith Patent Gmbh Method and arrangement for determining and / or regulating an operating state of an electrical machine
CN112230055A (en) * 2020-07-07 2021-01-15 北京新能源汽车技术创新中心有限公司 A built-in permanent magnet rotor magnetic field harmonic detection device and detection method

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