JP2006034092A

JP2006034092A - Ｅｃモータの作動方法

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Publication number: JP2006034092A
Application number: JP2005200912A
Authority: JP
Inventors: Sven-Jostein Kro; クロスヴェン−ヨシュタイン; Reinhard Berger; ラインハルト　ベルガー
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Buehl Verwaltungs GmbH; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Priority date: 2004-07-10
Filing date: 2005-07-08
Publication date: 2006-02-02
Anticipated expiration: 2025-07-08
Also published as: CN100435474C; ATE488905T1; KR101164241B1; US20060006822A1; JP4686738B2; EP1615332B1; CN1756066A; EP1615332A1; US7095194B2; KR20060049959A; DE502005010541D1

Abstract

【課題】基準ポジション値に基づき絶対ポジション値を追従制御するＥＣモータにおいて、絶対ポジション値捕捉時のエラー検出を簡単に行う。
【解決手段】１次側に配置された磁界センサにより、２次側と１次側との相対位置に依存する測定値組み合わせを有する測定シーケンスを捕捉する。２次側を基準位置に位置決めすることにより絶対ポジションを求め、測定値組み合わせにおいて変化が発生するたびに基準ポジション値に基づき絶対ポジション値を追従制御する。所定の方向の２次側と１次側との相対運動について基準シーケンスを求め格納し、基準シーケンスと基準ポジションで現れる測定値組み合わせと測定値組み合わせにおいて現れる変化の個数とから、絶対ポジション値に対応づけられた目標値組み合わせを求め、該当する絶対ポジション値について求められた測定値組み合わせと比較し、偏差が生じたならばエラーとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、巻線を備えた１次側部分と、交互に逆方向に磁化された磁石セグメントを備えた２次側部分を有しており、１次側部分に配置され磁石セグメントと共働する磁界フィールドセンサを用いて測定シーケンスを捕捉し、該測定シーケンスは、２次側部分と１次側部分との相対位置に依存する測定値組み合わせを有しており、該測定値組み合わせは前記磁界センサの個数に対応する個数の測定値をそれぞれ有しており、前記巻線に対し、２次側部分が１次側部分に対し相対的に運動するよう前記目標値組み合わせに依存して給電し、前記１次側部分に対し相対的な２次側部分の絶対ポジションを、該２次側部分を基準ポジションに位置決めすることにより求め、前記測定値組み合わせの変化が発生するたびに基準ポジション値に基づき絶対ポジション値を追従制御する形式の、ＥＣモータの作動方法に関する。

この種の方法は実際の利用において知られている。この場合、磁界センサとしてホールセンサが利用される。このホールセンサの測定信号は、ＥＣモータの巻線の電子的な転流のために利用されるとともに、１次側部分に対し相対的に２次側部分をもつ絶対ポジションの測定にも利用される。これにより余分な絶対値センサを省くことができる。絶対ポジションを決定するため最初に、既知の絶対ポジションをもつ基準ポジションから始められる。この場合、基準ポジションをたとえばストッパとすることができ、このストッパに対し基準走行において２次側部分が位置決めされる。この基準ポジションにおいて絶対ポジション値が、たとえば値ゼロをもたせることのできる対応する基準ポジションにセットされる。その後、上位の開ループ制御装置または閉ループ制御装置の目標値に従い１次側部分に対し相対的に２次側部分を位置決めする目的で、ＥＣモータが電子的に転流され、その際、測定値の組み合わせの交番が発生するたびに絶対ポジション値が追従制御される。とはいえ実際の利用にあたり、絶対ポジション値の追従制御においてエラーが発生する可能性があり、これはたとえば磁界センサの測定信号がＥＭＣ放射により妨害されているとき、および／または磁界センサの給電部において妨害が発生したときである。この種の妨害により絶対ポジション信号が誤って追従制御されると、以降のすべての絶対ポジション値が実際のポジションからずれてしまう。それゆえ従来、１次側部分に対し相対的に２次側部分が誤って位置決めされると危険が発生する可能性のある用途においては、たとえば自動車において内燃機関と機械式変速機との間に配置されたクラッチの自動化された操作のための電動モータにおいては、および／または自動車の自動変速機の切換シャフトの位置を変えるための電動モータにおいては、絶対ポジション発生器を装備しブラシを介して機械的に転流される電動モータが使用されてきた。この種の絶対値発生器を用いた場合、クラッチもしくは変速機の電子制御のリセット後も、基準走行を必要とせずに電動モータの絶対ポジションを求めることができる。したがってこの種のリセットを自動車ユーザが気づくことなく自動車動作中もそのまま行うことができ、たとえば自動車の給電が一時的に妨害を受けたり、故障に起因して短時間給電が途絶えた場合も行うことができる。しかしながらこの種の絶対ポジション発生器はかなり高価であるし複雑である。

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の方法において、絶対ポジション値を捕捉する際のエラーの検出を簡単に行えるようにすることである。

本発明によればこの課題は、２次側部分と１次側部分との間でまえもって定められた方向に配向された相対運動について、相前後して周期的に進行する複数の目標値組み合わせから成りそれぞれ磁界センサの個数に対応する個数の目標値を有する基準シーケンスを求めて記憶し、該基準シーケンスと、前記基準ポジションのところで現れる測定値組み合わせと、該基準ポジションへの到達以降に前記目標値組み合わせにおいて現れる変化の個数とに基づき、前記絶対ポジション値に対応づけられた目標値組み合わせを求め、該目標値組み合わせを、該当する絶対ポジション値について求められた測定値組み合わせと比較し、前記の目標値組み合わせと測定値組み合わせとの偏差が発生したならば、エラー状態として識別することにより解決される。

有利であるのは、この方法を作動プログラムとしてマイクロコンピュータにおいて実行することである。さらにその際に可能であるのは、基準ポジション値を不揮発性メモリに格納し、場合によってはマイクロコンピュータがリセットされた後に引き続き利用できるようにすることである。この場合、マイクロコンピュータを新たに始動させた後にメモリを読み出すことが可能であり、これにより絶対ポジション値に対応づけられている目標値組み合わせを求め、新たなスタート中または新たなスタート後に磁界センサを用いて求められた測定値組み合わせと比較することができる。この比較にあたり目標値組み合わせが測定値組み合わせと一致していることが検出され、かつ２次側部分と１次側部分との相対速度がリセットトリガ時にもリセット後にもゼロと等しかったならば、直前の絶対ポジション値を求めた時点と測定値組み合わせを捕捉した時点との間で２次側部分が１次側部分に対し相対的にその位置を維持しており、したがって絶対ポジション値が引き続き有効である、とすることができる。このようなケースでは、たとえばクラッチ操作用のＥＣモータであればクラッチの開放が、変速機切換シャフト操作用のＥＣモータであればニュートラルポジションへの切換シャフトの位置決めひいては牽引力中断が結果として生じてしまうような基準走行を行わずに済ませることができる。つまりこの種の用途のために設けられているＥＣモータにおいて、自動車走行中にマイクロコンピュータのリセットをそのことに自動車の使用者が気づくことなく実行することができる。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、測定値組み合わせにおいて変化が生じるたびに、２次側部分が前進運動をしていれば絶対ポジション値が１だけ増加され、および／または２次側部分が後退運動をしていれば１だけ低減され、その際、絶対ポジション値と格納されている目標値組み合わせの個数とから、モジュロ演算に従いインデックスが決定され、このインデックスと基準ポジションのところで現れる測定値組み合わせとを用いて、絶対ポジション値に対応づけられた目標値組み合わせが求められる。このようにして、絶対ポジション値に対応づけられている目標値組み合わせをたとえばマイクロコンピュータを用いて簡単に求めることができる。

有利であるのは、エラー状態の識別後に新たに基準ポジションへ向けて動かされ、この基準ポジションのところで絶対ポジション値が基準ポジション値にセットされる。この場合、基準走行をエラー状態検出後に同時に実行することもできるし、あるいは以降の時点で実行することもできる。クラッチ操作または自動車における変速機切換のために用いられるＥＣモータの場合、エラー状態識別後にＥＣモータを、自動車使用者が依然として気づかないまま基準走行を実行できる動作状態に自動車がおかれるまで、さしあたり場合によっては非常動作で引き続き動作させることができる。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、エラー状態の識別後、目標値組み合わせにおいて対応する目標値から隔たっている測定値をもつ少なくとも１つの第１の磁界センサが突き止められ、その際、少なくとも１つの第２の磁界センサの測定値が、上述の目標値組み合わせにおいてこの磁界センサに対応づけられている目標値と一致しているならば、少なくとも１つのこの第２の磁界センサの測定値において変化が発生したときに、上述の少なくとも１つの第１の磁界センサの測定値の欠落を考慮しながら絶対ポジション値が追従制御される。したがって絶対ポジション値を、通常動作よりも低減された個数の測定信号を用いることによっても追従制御させることができる。このことをたとえば、適正であると識別された測定値を用いてエラーを伴う測定値のために代替値を求め、この代替値を用いて絶対ポジション値を追従制御することによって実現できる。これにより、１つの磁界センサあるいはそれどころか複数の測定センサが故障した場合であっても、エラー状態発生後にＥＣモータをたとえば緊急動作で引き続き動作させる目的で絶対ポジションを求めることができる。その際に絶対ポジション値の精度が場合によっては悪くなるけれども、これは次の基準走行の実施まで少なくとも一時的には甘受される。

本発明の１つの好適な実施形態によれば、エラー状態の識別後、目標値組み合わせにおいて対応する目標値から隔たっている測定値を有する磁界センサの個数が求められ、この個数が所定の値を超えているならば、進行磁界を生成するためＥＣモータの巻線が、上述の測定値組み合わせに依存しない所定の制御パターンに従い制御される。つまりこのようなエラー状態の識別後、ＥＣモータはステッピングモータのように駆動され、その際に前提となるのは、巻線に送出されるステップがＥＣモータによりやはり２次側と１次側との相応の相対運動に変換されるほど、ステッピングモータの駆動トルクが大きいことである。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、少なくとも１つの磁界センサの測定値とこの測定値が互いにもつ時間間隔とを用いて、１次側部分と２次側部分との相対速度について速度値が求められ、個々の速度値が種々の測定方式に従い求められ、この場合、そのつど使用すべき測定方式が先行する速度測定において求められた速度値に依存して選択される。この場合、測定方式を２次側部分と１次側部分との相対速度に依存して以下のように選択するのが有利である。すなわち相対速度が低い場合であれば、速度値を求める際に比較的僅かな遅延時間が生じるような測定方式が適用される。速度が高い場合ならば、速度値が僅かなノイズないしは僅かな変動幅しかもたないような測定方式を選択すると有利である。

好適には少なくとも１つの測定方式によれば、少なくとも１つの磁界センサの測定値から一定のサンプリングレートで速度値が求められ、これは増分をサンプリング期間にわたり計数し、ついで計数値をサンプリング期間により除算することによって行われる。２次側部分と１次側部分との間の相対速度が僅かなときにこの測定方式を適用するのが有利である。この評価によって、すでに１つ目の増分から信号を供給することができる。

さらに以下のように構成するのが有利である。すなわち少なくとも１つの測定方式によれば、測定シーケンスにおいて測定値組み合わせの変化が現れた少なくとも２つの時点の間の時間間隔が求められ、この少なくとも２つの時点に対応づけられている絶対ポジション値を用いて、この時点間に２次側部分が１次側部分に対し相対的に動いた変位距離が求められ、この変位距離と上述の時間間隔とから１次側部分と２次側部分との間の相対速度についての速度値が求められ、時点の選択がたとえば先行の速度測定において求められた速度値に依存して行われる。その際に有利であるのは、２次側部分と１次側部分との間の相対速度に合わせて上述の時点を以下のようにして調整することである。すなわち速度が僅かである場合、有利には比較的短い遅延時間で絶対値が捕捉され、速度が高いときには有利には僅かなノイズないしは僅かな変動幅しか伴わないで絶対値が捕捉されるようにする。

さらに有利であるのは、速度値を求める基礎を成す時点の選択を、磁石セグメントの位置に関する許容偏差、寸法および／または磁石セグメントの磁化に関する許容偏差の大きさに依存して求めることである。たとえばその際に以下のことが可能である。すなわち、磁石セグメントのためにまえもって設けられている目標位置から隔たっている位置をもつ磁石セグメントが存在する場合、該当する磁石セグメントに対応づけられている測定信号側縁のみがそのつど評価されて、その結果、位置に関する許容偏差は求められる速度値には影響を及ぼさない。

本発明による方法の１つの好適な実施形態によれば、まえもって定められた限界値を下回る速度であれば、測定値組み合わせにおいてじかに相前後している変化発生時点間の時間間隔が求められ、限界値以上の速度であれば、測定シーケンス中で互いに離れている測定値組み合わせの発生時点間の時間間隔が求められる。この目的でたとえば、限界値を下回る速度であれば、個々の磁界センサの測定信号から排他ＯＲ結合により形成される信号の相前後する側縁内に上述の時点をおくことができる一方、限界値以上の速度であれば、複数の磁界センサのうち１つの測定信号の相前後する側縁内に時点をおくことができる。

次に、図面を参照しながら本発明の実施例について詳しく説明する。

図１にブロック図として略示されている電気式駆動部１は、クラッチの係合および切り離しのために自動車内に設けられているＥＣモータ２を有しており、この場合、クラッチは内燃機関と自動車の車輪と結合された機械式変速機との間に配置されている。なお、クラッチはＥＣモータ２により間接的に機械的に操作可能であるかまたは、ＥＣモータ２により駆動される液圧式力伝達機構によって操作可能である。液圧式力伝達機構は、ＥＣモータ２により駆動力が伝達されるようこのモータと接続されているマスタシリンダを有しており、これは液圧導管を介してスレーブシリンダと接続されている。これはクラッチの位置調整のため機械式調整部材と係合している。マスタシリンダもしくは機械式構成部材とＥＣモータとの間に、付加的な変速機能を成す変速機を配置することができる。ここで重要であるのは、機械式調整部材をきわめて小さい変位範囲で精確に位置決め可能なことである。

図１に示されているように、ＥＣモータはステータとして構成された多相巻線を備えた１次側部分を有しており、これは終段３を介して自動車の電流供給部と接続されている。終段３はフルブリッジとなるよう結線された複数の半導体スイッチを有しており、これらのスイッチは巻線の電子転流のためにマイクロコンピュータにより制御される。

１次側は、ロータとして構成された図面に詳しくは描かれていないＥＣモータ２の２次側部分と共働する。この２次側部分は１次側部分に対し相対的に回転可能に支承されていて、その周囲には交互にそれぞれ逆向きに磁化されている永久磁石セグメントの列を有している。

１次側部分には、周方向に互いにずらされて磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３が配置されており、これはホールセンサとして構成されていて、それらの検出範囲内にそれぞれ配置された少なくとも１つの磁石セグメントの磁界を検出する。磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３を用いることにより、２次側部分と１次側部分との間の相対位置に依存する複数の測定値の組み合わせが有している測定周波数が捕捉される。２次側部分が所定方向に回転運動する場合、磁石セグメント個数と配置ならびに磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の個数と配置によりまえもって定められる特徴的なパターンを有しており、このパターンは相対運動により周期的に巡回し、これは２次側部分が機械的に完全に回転すると、２次側部分がもつ極のペアの頻度で繰り返される。

図１に示されている実施例の場合、電気駆動部１は３つの磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３を有しており、それらの測定信号は値”０”または”１”をとることができる。３つの磁界センサの測定値によって、最大で８つの異なる組み合わせ０００，００１，０１０，０１１，１００，１０１，１１０，１１１を表すことができる。磁石セグメントと磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の配置は、組み合わせ０００と１１１が２次側部分と１次側部分との間の相対運動において通常は発生しないよう選定されている。したがって２次側部分が所定の向きで回転運動をする場合、６つの測定値の組み合わせが周期的に巡回することになる。これらの組み合わせはたとえばＥＣモータの製造時に求められ、基準シーケンスメモリに格納される。

図２には、この種の基準シーケンスの実施例が表の形式で示されている。この図に示されているように、基準シーケンスは一連の目標値の組み合わせを有しており、これにはそれぞれ磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の個数に対応する個数の目標値が含まれている。図２の場合、各目標値の組み合わせにそれぞれ連続インデックスが割り当てられている。この場合、インデックス”０”には、基準ポジションで発生する測定値の組み合わせに対応する目標値の組み合わせが割り当てられている。

１次側部分に対し相対的に２次側部分を位置決めするために、そのつど求められた測定値の組み合わせに依存してＥＣモータの巻線がそれ自体周知のやり方で給電される。その際に巻線によって、１次側部分に対し相対的に２次側部分が運動するよう磁石セグメントと共働する進行磁界が生成される。

磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号は、１次側に対し相対的な２次側の絶対ポジションを求めるためにも利用される。これは不揮発性メモリたとえばＥＥＰＲＯＭに格納される。図３に示されているようにＥＣモータは最初、絶対ポジションが既知である基準ポジションからスタートする。図２に示されている実施例の場合、このポジションは値「００００」を有している。基準ポジションをたとえばストッパにより規定することができ、このストッパに対しＥＣモータを用いて互いに相対的に位置変更可能な２つの結合部材ないしはクラッチのうちの一方を結合部材の開放位置で位置決めすることができる。基準走行をたとえば内燃機関の始動中および／または始動後に実施することができる。基準ポジションへの到達はたとえばそれ相応のセンサによって検出され、このポジションへ到達したならば、ポジションメモリが基準ポジション値にセットされる。その後、測定値の組み合わせに変化が生じるたびに、ポジションメモリに格納されている絶対ポジション値が追従制御され、これは２次側部分が前進運動したときには絶対ポジション値を１だけ増分することにより、および／または後退運動したときには１だけ減分することにより行われる。このようにして求められた絶対ポジション値ｐと記憶されている目標値組み合わせの個数とから、以下に示すモジュロ演算によりインデックスｉが求められる。

ｉ＝ｐｍｏｄｎ
このインデックスを用いることで、絶対ポジション値に割り当てられている目標値組み合わせが求められ、これは対応する目標値組み合わせをインデックスに割り当てられた基準シーケンスメモリのメモリロケーションから読み出すことにより行われる。図３の表において、個々の絶対ポジション値についてそれぞれ２列目にはインデックスが、対応する目標値組み合わせが３列目に書き込まれている。このようにして求められた目標値組み合わせが、絶対ポジション値に割り当てられている測定値組み合わせと比較される。目標値組み合わせと測定値組み合わせとの偏差が生じたならばエラー状態が検出され、それがエラー状態メモリに格納される。図３の表において、最後の列に相応のエラー状態値が書き込まれている。ここで値「１」は、エラーが検出されたことを意味する。これに加えて、マイクロコンピュータは絶対ポジション値から２次側部分と１次側部分との間の相対速度も求め、それを不揮発性データメモリに格納する。

図３に示されているように、絶対ポジション２８３７に到達した後、マイクロコンピュータはリセットされる。この場合、ＥＣモータはリセット直前、静止状態にある。この種のリセットが必要となる可能性があるのは、自動車の電流供給に関して実際の使用にあたり完全には排除することのできない妨害に起因して、マイクロコンピュータで実行されている動作プログラムが妨害を受ける可能性があるほどに、マイクロコンピュータの動作電圧がまえもって規定された最小電圧値を下回る場合である。このような妨害発生時に自動車のクラッチの位置がコントロールされずに変化してしまう事態が発生しないようにする目的で、マイクロコンピュータは新たな起動により規定の動作状態におかれる。しかしながらリセット中および／またはそれに続く新たな起動中、２次側部分がその位置を１次側部分に対して変化させたならば、絶対ポジション値は追従制御されない。これによりマイクロコンピュータの新たなスタート後、クラッチ操作時にエラーが発生してしまうリスクを抑える目的で、新たなスタート後または新たなスタート中、測定値組み合わせが新たに求められ、絶対ポジション値に割り当てられている目標値組み合わせと比較される。測定値組み合わせが絶対ポジション値と一致しており、かつリセット後に測定された相対速度が依然としてゼロと等しいのであれば、リセット中およびリセット後に２次側部分と１次側部分との間で相対運動が行われていないものとされる。これ以降、測定値組み合わせに変化が生じるたびにポジションメモリに格納されている絶対ポジション値２８３７に基づき絶対ポジションが追従制御される。

図３に示されているように、絶対ポジション6004に到達した後、マイクロコンピュータはリセットされる。この場合もＥＣモータはリセット直前、静止状態にある。ただしリセット中、外部からの力により２次側部分は１次側部分に対し相対的に運動する。はっきりとわかるのは、リセット後にはたしかに絶対ポジション値６００４がポジションメモリに格納されているが、測定値の組み合わせはリセット直前に現れた測定値組み合わせとはもはや一致していないことである。新たなスタート後に現在得られている測定値組み合わせと絶対ポジション値に割り当てられている目標値組み合わせとの比較が実施されることにより、偏差つまりはエラー状態が検出される。エラー状態はエラー状態メモリに格納される。ついで第２の基準走行が実施される。基準ポジションに到達するとただちに、その基準ポジション値が新たな絶対ポジション値としてポジションメモリに書き込まれる。その後、測定値組み合わせの変化が生じるたびに絶対ポジション値が再び追従制御される。

２次側部分と１次側部分との間の相対速度は、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号によって求められる。この場合、相対速度は種々の測定方式に従い求められる。そのつど利用される測定方式は、先行の速度測定において求められた速度値に依存して選択され、その際、相対速度が低ければ速度値を求める際に遅延時間が小さくなるようにし、速度が高ければ速度値のノイズが少なくなるようないしは変動幅が小さくなるよう、選択が行われる。対応する速度値がまだ求められていなければ、まえもって決められている測定方式により１回目の速度値が求められる。

第１の測定方式によれば、一定のサンプリングレートにおいてサンプリング期間にわたり増分の個数が計数され、その個数がサンプリング期間によって除算される。この測定方式の場合、最大の不精確さが１つの増分によりサンプリング期間ごとに発生する。サンプリング期間ごとに１０個の増分の相対速度であれば、不精確さは１０％付近である。しかしサンプリング期間ごとに１つの増分だけであれば、不精確さはすでに１００％である。この評価によって、すでに１つ目の増分から信号を供給することができる。第１の測定方式は、相対速度が低いときに用いるのが有利である。

相対速度を求めるための第２の測定方式によれば、測定シーケンスにおける測定値組み合わせの変化が現れる２つの時点間の時間間隔がそのつど求められる。この時点に対応づけられている絶対ポジション値を用いて、それらの時点の間に１次側部分に対し２次側部分が運動した変位距離が求められる。ついでこの時間間隔と変位距離とから、１次側部分と２次側部分との間の相対速度について速度値が求められる。この時点の選択は、それぞれ先行の速度測定において求められた速度値に依存して行われる。

図４に示されている実施例の場合、時間間隔を求める複数の時点は、矩形信号として形成された磁界センサ測定信号の立ち上がり縁および／または立ち下がり縁の中におかれている。図４の場合、相対速度を測定すべき時点は参照符号ｔの付されたラインによってマークされている。それぞれ立ち上がり縁と立ち下がり縁をもつ３つの磁界センサの場合、回転数計算のために以下の種々の可能性が生じる。

上述の表においてケースａ）〜ｃ）に示されているようにただ１つの増分あるいは僅かな個数の増分だけで時間測定を行った場合、多数の増分にわたり時間測定を行った場合に比べて速度測定における遅延時間は短くなる。ただし、ただ１つの増分あるいは僅かな増分だけで時間測定を行った場合には多数の増分にわたり時間測定を行った場合よりも、磁石セグメントの位置決めおよび／または寸法に関する許容偏差が、求められた速度測定値に対し大きな影響を及ぼす。
以下の表には、第１の測定値が計算可能になる前にいくつの増分が必要とされるのかが示されている。

図５には、両方の測定方式に従い求められた相対速度信号と実際の相対速度とを示すグラフが描かれている。このグラフにはっきりと示されているように、測定方式１に従い求められた相対速度信号は、測定方式２に従い求められた相対速度信号よりも大きいノイズを有している。さらにこのグラフには、測定方式２に従い求められた相対速度信号は実際の相対速度に対し位相のずれを有していることも示されている。
測定方式１および２の場合、測定可能な相対速度に対しそれぞれ下方の閾値が設けられている。この閾値は測定方式１の場合、サンプリング期間ごとの増分のところにあり、測定方式２の場合にはこの閾値は選択された時間間隔に依存する。相対速度がこの閾値よりも小さいならば、ゼロよりも大きい速度値は各評価によっては得られない。したがって測定された相対速度がゼロと等しい場合、ＥＣモータがもはや動いていないということを必ずしも意味しない。

第１および第２の測定方式において、測定可能な相対速度に対しそれぞれ１つの下方の閾値が存在する。この閾値は第１の測定方式の場合、測定周期ごとに１つの増分のところにある。第２の測定方式の場合、この閾値は選択された測定長に依存する。相対速度が閾値よりも下にある場合、評価ごとには結果が得られない。場合によっては相対速度に関して値１が求められ、場合によっては値０が求められる。ただし相対速度値０は、２次側部分が１次側部分に対してもはや動いていないことを必ずしも意味しない。
ＥＣモータ２の２次側部分が閾値よりも低い一定の速度で運動しておりかつ相対速度に対し値０が求められたならば、０と等しくなかった直前の速度値を維持するのが一番よい。とはいうものの、ＥＣモータ２が停止状態に至るケースであれば、測定された相対速度でただちに０となるようジャンプさせた方がよい。

相対速度が低いときに上述の測定精度を向上させる目的で相対速度値をフィルタリングすることができ、たとえばこのことは、フィルタリングされていない直前の２つの相対速度値から、および／またはフィルタリングされた直前の相対速度値とフィルタリングされていない直前の相対速度値から、平均値を求めることによって行われる。この場合、１番目に挙げたフィルタリング方式が有利である理由は、このやり方により求められた相対速度信号は２番目に挙げたフィルタリング方式により求められた相対速度信号よりも僅かなノイズしか含まない点にある。しかも１番目に挙げたフィルタリング方式の場合、ＥＣモータが停止されるとき、フィルタリングされた相対速度信号がいっそう迅速に値ゼロに達する。

実際の利用にあたり磁石セグメントは、位置に関する許容偏差およびそれらの寸法ならびにそれらの磁化に関する許容偏差をもっている。磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３も位置に関する許容偏差をもっている可能性がある。これらの許容偏差によって、求められた速度値が２次側部分と１次側部分との間における実際の相対速度とは隔たってしまう状態が引き起こされる可能性がある。その際にこの偏差は、速度値を求める測定方式に依存する。

図６には、磁界センサＨ１が不精確に位置決めされているＥＣモータ２に関して、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号が描かれている。ここにはっきりと示されているように、磁界センサＨ１が不精確に位置決めされていることに起因して、その測定信号が目標位置よりも右側にずれている。図６にはこのことが矢印で表されている。図６にさらに示されているように、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号が排他ＯＲ結合される。これに対応する排他ＯＲ信号には参照符号ＸＯＲが付されている。磁界センサＨ１の位置決めが不精確なことに起因して、パルスもパルス休止期間もそれぞれ異なる幅を有している。ＸＯＲ信号の順次連続する２つの側縁の発生時点の時間間隔を測定し、各磁石セグメントが相互間で誤りなく位置決めされているときにずれているはずの目標間隔と一致する変位距離でその時間間隔を除算することによって、速度信号を求めるのであれば、その速度信号中に変動が発生することになる。図６において、これに対応する速度信号には参照符号ｎ_ＸＯＲが付されている。速度信号を１つの磁界センサだけによって計算することにより、この不精確さを回避することができる。このようにして求められた速度信号には、図６において参照符号ｎ_Ｈ１が付されている。

図7には、磁界センサＨ１が誤って較正されている場合のＥＣモータ２に関して、および／または磁界センサＨ１と磁界セグメントとの間隔が大きすぎる場合のＥＣモータ２に関して、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号が描かれている。この図にはっきりと示されているように、磁界センサＨ１のパルスの幅は小さすぎ、かつパルス休止期間の幅は大きすぎる。これによりＸＯＲ信号においても、パルス幅とパルス休止期間の持続時間に関して変動が発生することになる。それゆえ速度信号ＸＯＲとｎ_Ｈ１も相応に変動し、その際、速度信号ＸＯＲにおける変動は速度信号ｎ_Ｈ１における変動よりも大きい。その際、同一の磁界センサにおいてこの方向を指す側縁だけを用いて速度信号を計算することにより、この不精確さを回避することができる。このようにして求められた速度信号には、図６において参照符号ｎ_Ｈ１↓が付されている。

図８には、磁石セグメントの磁化が弱すぎる場合のＥＣモータ２に関して、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の測定信号が描かれている。この図にはっきりと示されているように、磁化が弱すぎる磁石セグメントの前を通過するたびに、対応する磁界センサのところで幅の狭すぎるパルスが測定信号各々に発生し、そのようなパルスによって測定振動ｎ_ＸＯＲ，ｎ_Ｈ１，ｎ_Ｈ１↓においてエラーが引き起こされる。この場合、速度信号ｎ_Ｈ１↓のエラーは速度信号ｎ_ＸＯＲのエラーよりも著しく小さい。

速度値は制御装置により所定の時間パターンで周期的に要求される。制御装置にマイクロコンピュータを設けることができ、そこにおいて所定の期間が経過するたびに、速度値を求める目的で割り込みがトリガされる。それぞれ直前の測定周期中に捕捉された磁界センサ測定信号の個数と、磁界センサＨ１，Ｈ２，Ｈ３の位置および／または較正に関する許容偏差と、測定周期中に検出される磁石セグメントがそれらの位置決め、寸法ならびに磁化に関してもっている個々の許容偏差とに依存して、速度値が求められるときに最も僅かなエラーしか生じさせない測定方式がそのつど選択される。そしてその測定方式を用いて、該当する測定周期について速度値が求められる。

ＥＣモータ２のスタートアップ後または比較的長い停止状態後の発進時に重要となるのは、速度測定にあたり遅延をできるかぎり短く抑えることである。このことは、利用可能な１番目のパルスによって速度値を計算することによって達成される。サンプリング期間中に３つの増分よりも僅かな増分しか発生しなければ、ＸＯＲ信号における直前の２つの側縁が速度値の計算に用いられる。また、サンプリング期間中、３個〜６個の増分が計数されたならば、直前の３個（これは磁界センサの個数と等しい）の増分が速度値計算のために用いられる。この場合、同一のセンサの２つの側縁が評価される。さらにサンプリング期間中、６個よりも多い個数の増分が発生したならば、直前のｎ×６個の増分が速度値計算に用いられ、ここでｎは整数値である。このケースでは、最後のセンサの同じ側縁が常に用いられる。

ＥＣモータとＥＣモータ制御用の終段、ＥＣモータにおけるロータの位置測定用磁界センサならびにマイクロコンピュータが設けられている電気駆動部のブロック図磁界センサおよびマイクロコンピュータにより求められたいくつかの絶対ポジション値のリストが例示されていて、絶対ポジション値のほかにそれらに割り当てられたインデックス、目標値の組み合わせ、測定値の組み合わせ、ならびにそれらから導出されたエラー状態値を示す図マイクロコンピュータのデータメモリに格納されている基準シーケンスを示しており、これはインデックス番号の付けられた６個の目標値組み合わせから成り、それらは３つの目標値をそれぞれ有している様子を示す図個々の磁界センサの測定信号およびそれらの測定信号の排他ＯＲ結合により形成された信号が示されており、横座標には時間が、縦座標には振幅が書き込まれているグラフＥＣモータの実際の回転数信号とそれぞれ異なる方式に従い求められた２つの回転数信号が示されており、横座標には時間が、縦座標には回転数が書き込まれているグラフ図４と同様の測定信号が示されており、センサＨ１の測定信号は目標位置に対してずれており、参照符号ＸＯＲの付された信号は測定信号の排他ＯＲ結合により形成されたものであり、ｎ_ＸＯＲはそれらから導出された速度信号または回転数信号であり、ｎ_Ｈ１はセンサＨ１の測定信号から導出された速度信号または回転数信号を表すグラフ図６と同様の測定信号が示されており、センサＨ１の測定信号におけるパルスは目標値から隔たっており、ｎ_Ｈ１は互いに逆方向を指す２つの側縁の間隔の評価により導出された速度信号または回転数信号であり、ｎ_Ｈ１↓は測定信号Ｈ１における同じ方向を向いた２つの側縁の間隔の評価により導出された速度信号または回転数信号を表すグラフ図７と同様の測定信号が示されているが、ここでは特定の磁石セグメントに割り当てられたセンサＨ１の測定信号のパルス幅だけが目標値から隔たっている様子を示すグラフ

符号の説明

１電気駆動部
２ＥＣモータ
３終段
４マイクロコンピュータ
Ｈ１第１の磁界センサ
Ｈ２第２の磁界センサ
Ｈ３第３の磁界センサ

Claims

巻線を備えた１次側部分と、交互に逆方向に磁化された磁石セグメントを備えた２次側部分を有しており、
１次側部分に配置され磁石セグメントと共働する磁界フィールドセンサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）を用いて測定シーケンスを捕捉し、該測定シーケンスは、２次側部分と１次側部分との相対位置に依存する測定値組み合わせを有しており、該測定値組み合わせは前記磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の個数に対応する個数の測定値をそれぞれ有しており、
前記巻線に対し、２次側部分が１次側部分に対し相対的に運動するよう前記目標値組み合わせに依存して給電し、
前記１次側部分に対し相対的な２次側部分の絶対ポジションを、該２次側部分を基準ポジションに位置決めすることにより求め、
前記測定値組み合わせの変化が発生するたびに基準ポジション値に基づき絶対ポジション値を追従制御する形式の、
ＥＣモータ（２）の作動方法において、
２次側部分と１次側部分との間でまえもって定められた方向に配向された相対運動について、相前後して周期的に進行する複数の目標値組み合わせから成りそれぞれ磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の個数に対応する個数の目標値を有する基準シーケンスを求めて記憶し、
該基準シーケンスと、前記基準ポジションのところで現れる測定値組み合わせと、該基準ポジションへの到達以降に前記目標値組み合わせにおいて現れる変化の個数とに基づき、前記絶対ポジション値に対応づけられた目標値組み合わせを求め、
該目標値組み合わせを、該当する絶対ポジション値について求められた測定値組み合わせと比較し、
前記の目標値組み合わせと測定値組み合わせとの偏差が発生したならば、エラー状態として識別することを特徴とする、
ＥＣモータの作動方法。
請求項１記載の方法において、
前記測定値組み合わせにおいて変化が生じるたびに、２次側部分が前進運動をしていれば前記絶対ポジション値を１だけ増加し、および／または２次側部分が後退運動をしていれば１だけ低減し、
前記絶対ポジション値と格納されている目標値組み合わせの個数から、モジュロ演算に従いインデックスを決定し、
該インデックスと前記基準ポジションのところで現れる測定値組み合わせとを用いて、前記絶対ポジション値に対応づけられた目標値組み合わせを求めることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記エラー状態の識別後に新たに基準ポジションへ向けて動かし、該基準ポジションのところで前記絶対ポジション値を基準ポジション値にセットすることを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記エラー状態の識別後、前記目標値組み合わせにおいて対応する目標値から隔たっている測定値をもつ少なくとも１つの第１の磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）を求め、
少なくとも１つの第２の磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定値が、前記目標値組み合わせにおいて該磁界センサに対応づけられている目標値と一致しているならば、該少なくとも１つの第２の磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定値において変化が発生したときに、前記少なくとも１つの第１の磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定値の欠落を考慮しながら前記絶対ポジション値を追従制御することを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記エラー状態の識別後、目標値組み合わせにおいて対応する目標値から隔たっている測定値を有する磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の個数を求め、
該個数が所定の値を超えているならば、進行磁界を生成するためＥＣモータ（２）の巻線を、前記測定値組み合わせに依存しない所定の制御パターンに従い制御することを特徴とする方法。
請求項１記載の方法において、
前記少なくとも１つの磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定値と該測定値が互いにもつ時間間隔とを用いて、１次側部分と２次側部分との相対速度について速度値を求め、
個々の速度値を種々の測定方式に従い求め、
そのつど使用すべき測定方式を、先行する速度測定において求められた速度値に依存して選択することを特徴とする方法。
請求項６記載の方法において、
少なくとも１つの測定方式によれば、前記速度値を少なくとも１つの磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定値から一定のサンプリングレートで求め、増分をサンプリング期間にわたり計数し、ついで計数値をサンプリング期間により除算することを特徴とする方法。
請求項６記載の方法において、
少なくとも１つの測定方式によれば、測定シーケンスにおいて測定値組み合わせの変化が現れた少なくとも２つの時点の間の時間間隔を求め、
前記少なくとも２つの時点に対応づけられている絶対ポジション値を用いて、該時点間に２次側部分が１次側部分に対し相対的に動いた変位距離を求め、
該変位距離と前記時間間隔とから１次側部分と２次側部分との間の相対速度についての速度値を求め、
前記時点の選択をたとえば先行の速度測定において求められた速度値に依存して行うことを特徴とする方法。
請求項８記載の方法において、
速度値を求める基礎を成す時点の選択を、磁石セグメントの位置に関する許容偏差、寸法および／または磁石セグメントの磁化に関する許容偏差の大きさに依存して求めることを特徴とする方法。
請求項８記載の方法において、
まえもって定められた限界値を下回る速度であれば、測定値組み合わせにおいて直接相前後する変化発生時点間の時間間隔を求め、限界値以上の速度であれば、測定シーケンス中で互いに離れている測定値組み合わせの発生時点間の時間間隔を求めることを特徴とする方法。
請求項８記載の方法において、
前記時点を、少なくとも１つの磁界センサ（Ｈ１，Ｈ２，Ｈ３）の測定信号において直接相前後する立ち上がり縁、立ち下がり縁および／または互いに逆方向に配向された側縁の中に位置するように選択することを特徴とする方法。