DE69927385T2

DE69927385T2 - Bürstenloser elektrischer Motor mit zwei senkrechten Hall Wandlern

Info

Publication number: DE69927385T2
Application number: DE69927385T
Authority: DE
Inventors: F. Jon LUTZ
Original assignee: UQM Technologies Inc
Current assignee: Danfoss Power Solutions US Co
Priority date: 1998-07-20
Filing date: 1999-07-20
Publication date: 2006-06-22
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: EP1099092B1; US20030128026A1; EP1099092A1; US6693422B2; WO2000004339A1; CA2337920A1; AU5003899A; ATE305129T1; TW547629U; CA2337920C; US6522130B1; EP1099092A4; DE69927385D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Elektromotoren und insbesondere einen Sensor und ein Verfahren zum genauen Erfassen einer Position eines Rotors in einem bürstenlosen Elektromotor unter Verwendung eines magnetischen Erfassungselements und von Hall-Effekt-Sensoren mit linearer Ausgabe.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Elektromotoren, die gesteuerte Ankerstromsignalformen erfordern (beispielsweise um sich gleichmäßig zu drehen), erfordern auch eine genaue Rotorpositionserfassung. Einige Motoren verwenden sensorlose Technologien, aber diese Technologien sehen keine genaue Rotorpositionserfassung bei sehr niedrigen Drehzahlen vor und sind beim Start des Motors nicht sanft. Andere Motoren können von Natur aus keine sensorlosen Technologien verwenden und müssen einen Rotorpositionserfassungsmechanismus aufnehmen. Derzeit verwenden Motoren des Standes der Technik entweder einen Codierer oder einen Drehmelder zusammen mit einer zugehörigen elektronischen Schaltungsanordnung, um die Rotorpositionen zu bestimmen. In Abhängigkeit von der erforderlichen Auflösung können diese Lösungen jedoch innerhalb Anwendungen, die kostengünstige Motoren erfordern, unerschwinglich teuer werden.
Insbesondere erfordern viele Elektromotoranwendungen eine gleichmäßige Drehung und/oder genaue Steuerung. Bürstenlose Motoren erreichen dies typischerweise unter Verwendung einer 3-phasigen Sinuswellenkommutierung und von genauen Rotorpositionsdetektoren gewöhnlich in Form eines Codierers oder eines Drehmelders. Der genaue Rotorpositionsdetektor stellt sicher, dass die Sinuswelle mit dem Rotor synchronisiert bleibt, wobei folglich die durch die Kommutierung induzierte Drehmomentwelligkeit vermieden wird. Verfahren, die derzeit in der Industrie für die genaue Erfassung von Rotorpositionen verwendet werden, verwenden Codierer und Drehmelder und waren für viele Jahre bekannt und wurden in Motorantrieben verwendet.
Codierer erfassen eine mechanische Bewegung und setzen die erfasste Bewegung in elektrische Signale um. Optische Codierer sind die üblichste Art eines Codierers. Ein optischer Codierer umfasst typischerweise ein Gehäuse, um Präzisionslager und Elektronik abzustützen, eine Welle mit einer Scheibe, die "optische Scheibe" genannt wird und abwechselnde klare und undurchlässige Segmente aufweist, eine Leuchtdiode (LED) und einen Phototransistorempfänger. Ein Lichtstrahl, der von der LED erzeugt wird, wird auf die optische Scheibe gezielt. Wenn sich die optische Scheibe dreht, tritt der Lichtstrahl durch die klaren Segmente hindurch, aber wird von den undurchlässigen Segmenten blockiert, so dass die optische Scheibe den Lichtstrahl effektiv pulsiert. Der gepulste Lichtstrahl wird vom Phototransistorempfänger empfangen. Der Phototransistorempfänger und die Schaltungsanordnung innerhalb des Codierers liefern zusammen Signale zu einer Motorsteuereinheit außerhalb des Codierers und können auch Funktionen wie z. B. die Verbesserung der Rauschunempfindlichkeit durchführen. Codierer weisen in ihrer einfachsten Form einen Ausgang auf, um die Wellendrehzahl zu bestimmen oder eine Anzahl von Wellenumdrehungen zu messen. Andere Codierer weisen zwei Ausgänge auf und können eine Drehrichtungsinformation sowie die Drehzahl und Anzahl von Umdrehungen liefern. Noch andere Codierer liefern einen Schaltimpuls, einen pro Umdrehung, der eine absolute Rotorposition angibt. Die Beschreibung bisher betrifft insbesondere inkrementale Codierer, bei denen beim Start die Position des Codierers nicht bekannt ist. Eine zweite Art von Codierer, der absoluter Codierer genannt wird, weist einen eindeutigen Wert für jede mechanische Position über eine gesamte Drehung auf. Diese Einheit besteht typischerweise aus dem vorstehend beschriebenen inkrementalen Codierer mit Hinzufügen eines weiteren Signalkanals, der zum Erzeugen einer absoluten Positionsinformation, typischerweise mit geringerer Genauigkeit, dient. In einem absoluten Codierer, der mit einem Schaltimpuls versehen wird, verbessert sich die Genauigkeit, sobald der Rotor den Schaltimpuls durchläuft. Inkrementale Codierer können innerhalb Asynchronmotoren annehmbar sein, bei denen die Drehzahlrückkopplung sehr wichtig ist. Absolute Codierer sind innerhalb Synchronmotoranwendungen erwünscht, bei denen sowohl eine Positions- als auch Drehzahlrückkopplung wichtig sind.
Eine weitere Klasse von Codierern mit hoher Auflösung wird von verschiedenen Firmen hergestellt und wird als "Sinus/Cosinus-Codierer" bezeichnet. Sinus/Cosinus-Codierer erzeugen vielmehr Sinus- und Cosinussignale als Impulssignalformen. Wenn sie mit zusätzlicher Elektronik, Prozessorfähigkeit und Software verwendet werden, geben Sinus/Cosinus-Codierer die Rotorposition mit einer feinen Auflösung an.
Codierer aller Arten sind mit Präzision konstruierte, empfindliche Vorrichtungen, die mechanisch, elektrisch und optisch abgestimmt und kalibriert werden müssen.
Drehmelder sehen andererseits typischerweise eine Signalperiode pro Umdrehung vor und von diesen ist bekannt, dass sie für Vibration und hohe Temperaturen sehr tolerant sind. Eine typische Verwendung dieser Technologie würde einen Drehmelder umfassen, der zwei Signale, sowohl ein Sinuswellensignal als auch ein Cosinuswellensignal, für jede Umdrehung erzeugt. Ein Vorteil der Verwendung von Drehmeldern besteht darin, dass sie vielmehr eine absolute Rotorpositionsinformation als eine inkrementale Information liefern, wie es bei den meisten Codierern typisch ist. Ein Hauptnachteil besteht jedoch darin, dass Drehmelder bei niedrigen Drehzahlen eine zunehmend schlechte Leistung liefern. Aufgrund dieser Begrenzung ist der Drehzahlsteuerbereich, der bei Drehmeldern möglich ist, viel kleiner als bei Codierern, in der Größenordnung von 200:01. Folglich ist die Verwendung von Drehmeldern typischerweise auf Anwendungen begrenzt, die keine Motorsteuerung mit hoher Qualität über einen breiten Drehzahlbereich erfordern. Wie bei Codierern sind Drehmelder mit Präzision konstruierte, kommerziell erhältliche Erfassungsvorrichtungen, die zerbrechlich und teuer sein können.
Peter Campbell: "Miniature Magnetic Encoder", MACHINE DESIGN, Band 62, Nr. 5, 8. März 1990, Seiten 105-108, beschreibt Miniaturdrehcodierer mit hoher Auflösung, die Magnetwiderstandssensoren verwenden. In einem Beispiel liegt ein Paar vom Magnetwiderstandssensorelementen parallel zu und über einer magnetischen Codiererradoberfläche. Das Magnetfeld an einem Sensorelement verändert sich von einer zur Radoberfläche senkrechten zu einer tangentialen Richtung, wenn sich das Codiererrad dreht. Magnetflusslinien, die durch die Sensorelemente verlaufen, bewirken einen Widerstandsabfall.
Ringmagnete und digitale Hall-Effekt-Sensoren werden häufig als Rotorpositionserfassungsmechanismus innerhalb bürstenloser Gleichstrom-Motoranwendungen (DC-Motoranwendungen) verwendet, bei denen ein Rechteckwellen- oder sechsstufiger Antrieb verwendet wird. Dieses Erfassungsverfahren schafft eine niedrige Auflösung, typischerweise sechs Positionsschritte pro elektrischem Zyklus, wenn drei Sensoren verwendet werden. Der sechsstufige Antrieb erfordert jedoch keine Rotorpositionserfassung mit hoher Auflösung, so dass dies annehmbar ist. Gleichzeitig führen diese Antriebsverfahren auch nicht zu einem welligkeitsfreien Drehmoment vom Motor. Dies kann in einer Vielfalt von Anwendungen unannehmbar sein.
AUFGABEN UND ZUSAMMENFASSUNG
Folglich besteht ein Bedarf für eine genaue, kostengünstige Vorrichtung, die die Rotorposition erfasst und die Drehzahl feststellt. Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Elektromotors mit einem Rotor, einem Erfassungselement mit mehreren Magnetpolen und einem ersten und einem zweiten Hall-Effekt-Sensor, die so angebracht sind, dass ihre Erfassungsebenen zu einer Oberfläche des Erfassungselements senkrecht sind, um den magnetischen Fluss von den Magnetpolen in einer zum Erfassungselement tangentialen Richtung zu messen, wobei entweder a) das Erfassungselement oder b) der erste und der zweite Sensor in einer festen Beziehung zum Rotor angebracht ist, und wobei der erste und der zweite Sensor beabstandet sind, so dass in jeder Drehposition des Rotors ein Ausgang von zumindest einem des ersten und des zweiten Sensors linear ist, wobei das Verfahren umfasst:
Messen des magnetischen Flusses der mehreren Magnetpole über den ersten und den zweiten Sensor und Ausgeben eines entsprechenden Messsignals für jeden des ersten und des zweiten Sensors;
Bestimmen einer absoluten Drehposition des Rotors innerhalb eines elektrischen Zyklus anhand der Messsignale; und
Steuern des Motors anhand der decodierten Drehposition.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird dieser Bedarf durch Schaffen einer Anordnung erfüllt, die ein magnetisches Erfassungselement wie z. B. einen kostengünstigen Erfassungsringmagneten und zwei analoge Hall-Effekt-Sensoren umfasst. In dieser Ausführungsform ist das Erfassungselement bezüglich des Motorrotors ortsfest und die Sensoren sind bezüglich des Motorstators ortsfest.
Der Erfassungsring wird in einer abwechselnden Nord-Süd-Weise mit einer Anzahl von Polen, die einer Anzahl von Motorfeldpolen entspricht, magnetisiert. Die Hall-Effekt-Sensoren sind so angeordnet, dass sie den magnetischen Fluss tangential zu einem äußeren Umfang des Rings und in einem gewissen Abstand von diesem messen.
Das Orientieren der Hall-Effekt-Sensoren, um den magnetischen Fluss tangential zu einem äußeren Umfang des Rings und in einem gewissen Abstand vom Ring zu messen, führt zu einer Hall-Effekt-Sensor-Ausgangsspannungssignalform, die im Wesentlichen dreieckig ist, wobei ein sehr linearer Abschnitt bei einem Fluss von Null zwischen den minimalen und maximalen Spitzen zentriert ist. Dieser lineare Abschnitt kann z. B. unter Verwendung eines Analog-Digital-Umsetzers (A/D-Umsetzers) und einer Steuersoftware in ein geeignetes Maß für die Rotorposition decodiert werden. Der Zyklus oder die Ausgangssignalform wiederholt sich für jedes Polpaar. Wenn beispielsweise zwei gleichmäßig beabstandete Polpaare vorhanden sind, wiederholt sich die Ausgangssignalform eines Hall-Effekt-Sensors zweimal für jede mechanische Umdrehung, d. h. weist zwei vollständige elektrische Zyklen auf. Folglich kann das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden, um die Rotorposition in oder relativ zu einem vollständigen elektrischen Zyklus, aber nicht notwendigerweise in einer vollständigen mechanischen Drehung, die mehr als einen elektrischen Zyklus umfasst, zu decodieren, wenn nicht eine absolute Positionsreferenz wie z. B. ein Schaltimpuls auch vorgesehen wird.
Die Beziehung zwischen den elektrischen und den mechanischen Graden ist als ^•E = ^•MPP gegeben, wobei ^•E die elektrischen Grade darstellt, ^•M die mechanischen Grade darstellt und PP die Anzahl von Magnetpolpaaren des Motors darstellt. Durch Erfassen der absoluten Rotorposition innerhalb eines vollständigen elektrischen Zyklus kann der Strom jederzeit genau gesteuert werden, was zu einer gleichmäßigen Drehung des Rotors führt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die zwei Hall-Effekt-Sensoren weiter vom Erfassungsring entfernt angeordnet werden, so dass jeder Hall-Effekt-Sensor eine im Wesentlichen sinusförmige Signalform ausgibt. Wenn die zwei Hall-Effekt-Sensoren um 90 elektrische Grad auseinander angeordnet werden, wird ein Ausgangssignal zu einer Sinuswelle und das andere wird zu einer Cosinuswelle.
Die Erfindung umfasst ferner einen bürstenlosen Elektromotor mit einem Rotor, einem Erfassungselement mit mehreren Magnetpolen und einem ersten und einem zweiten Hall-Effekt-Sensor, die so angebracht sind, dass ihre Erfassungsebenen zu einer Oberfläche des Erfassungselements senkrecht sind, um den magnetischen Fluss von den Magnetpolen in einer zum Erfassungselement tangentialen Richtung zu messen, wobei entweder

a) das Erfassungselement oder
b) der erste und der zweite Hall-Effekt-Sensor in einer festen Beziehung zum Rotor angebracht ist, wobei die Hall-Effekt-Sensoren so angeordnet sind, dass sie Messsignal ausgeben, und derart angeordnet sind, dass in jeder Drehposition des Rotors ein Ausgang von zumindest einem des ersten und des zweiten Sensors linear ist, wobei die Messsignale verwendet werden, um eine absolute Drehposition des Rotors innerhalb eines elektrischen Zyklus zu decodieren, wobei der Motor so beschaffen ist, dass er anhand der decodierten Rotorposition gesteuert wird.

Zusätzliche Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ersichtlich. Die begleitenden Zeichnungen stellen beispielhaft die Prinzipien der Erfindung dar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Seitenansicht von Magnetfeldern entlang einer radialen Richtung, die von einem mehrpoligen Erfassungsscheibenmagnet erzeugt werden, der in einer axialen Richtung magnetisiert ist.
2 ist eine Stirnansicht von Magnetfeldern entlang einer axialen Richtung, die von einem mehrpoligen Erfassungsring erzeugt werden, der in einer radialen Richtung magnetisiert ist.
3 ist ein Kurvenbild eines Magnetfeldes nahe einer und senkrecht zu einer axialen Fläche des Scheibenmagnets von 1 oder einer radialen Fläche des Ringmagnets von 2.
4 ist ein Kurvenbild eines Magnetfeldes parallel zu einer axialen Fläche des Scheibenmagnets von 1 oder tangential zu einer radialen Fläche des Ringmagnets von 2, das in einem Luftspalt in einem Abstand von der Scheibe oder vom Ring entfernt gemessen wird.
5A und 5B zeigen Ausgangssignale von zwei Hall-Effekt-Sensoren, die sich nahe einer Erfassungsscheibe oder eines Erfassungsrings befinden, in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und einen Bereich, über den die Ausgangssignale verwendet werden, um die Rotorposition zu decodieren.
6 ist ein Kurvenbild eines Magnetfeldes tangential zu einer Fläche des Scheibenmagnets von 1 oder des Ringmagnets von 2 in einem Abstand, der größer ist als der in 4 gezeigte.
7 ist eine Seitenansicht eines Elektromotors mit einem Erfassungsring gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 ist eine Seitenansicht eines Elektromotors mit einer Erfassungsscheibe gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
9 ist eine Seitenansicht eines Elektromotors mit einem Erfassungsring gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
10 ist eine Vorderansicht eines herkömmlichen Hall-Effekt-Sensors mit 3 Drähten.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß der Erfindung kann das magnetische Erfassungselement in einer Vielzahl von Formen konfiguriert sein. Das magnetische Erfassungselement kann beispielsweise ein magnetisierter Ring, d. h. ein Erfassungsring, oder eine magnetisierte Scheibe, d. h. eine Erfassungsscheibe, sein und kann axial magnetisiert oder radial magnetisiert werden. In einer ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Ring oder die Scheibe mit einer Anzahl von Magnetpolen magnetisiert, die einer Anzahl von Feldpolen des Motors entspricht. Das Festlegen der Anzahl von Magnetpolen gleich der Anzahl von Motorfeldpolen vereinfacht im Allgemeinen den Prozess der Decodierung des Ausgangssignals (der Ausgangssignale) der Hall-Effekt-Sensoren zum Anzeigen der Rotorposition. Die Magnetpole des Rings oder der Scheibe wechseln in der Polarität ab, wie in 1 & 2 gezeigt. Insbesondere zeigt 1 eine Seitenansicht einer axial magnetisierten Scheibe 100, während 2 einen radial magnetisierten Ring 200 zeigt. Die in 3-6 gezeigten Signalformen stellen Beziehungen zwischen der Rotorposition und dem gemessenen magnetischen Fluss dar, wobei die Rotorposition entlang der horizontalen Achse liegt und der gemessene magnetische Fluss entlang der vertikalen Achse liegt. 7 und 8 zeigen Elektromotoren mit einem Erfassungsring bzw. einer Erfassungsscheibe gemäß Ausführungsformen der Erfindung.
7 zeigt einen Motor 700, der einen Stator 716, einen Rotor 724 und eine Welle 712 aufweist, die sich innerhalb eines Gehäuses 710 befinden. Das Gehäuse 710 stützt die Welle 712 über Lager 726 ab. Ein Erfassungsring 200 wie der in 2 gezeigte ist an der Welle 712 befestigt und dreht sich mit der Welle 712 und dem Rotor 724 um eine Achse 714. Ein Hall-Effekt-Sensor 722 ist nahe der Erfassungsscheibe 200 durch eine Abstützung 720 angeordnet, so dass der Sensor 722 den magnetischen Fluss vom Erfassungsring 200 misst, der zu einem äußeren Umfang 219 des Erfassungsrings 200 tangential ist. Siehe z. B. 2, in der die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 so orientiert sind, dass sie den magnetischen Fluss messen, der zum äußeren Umfang 219 parallel oder tangential, d. h. senkrecht zu einer radialen Richtung 202, ist. Der Sensor 722 ist bezüglich des Stators 716 ortsfest.
Der Erfassungsring 200 umfasst Magnete 204, die so angeordnet sind, dass der Ring 200 in von einer Drehachse radialen Richtungen, z. B. in der radialen Richtung 202, magnetisiert ist. Der Ring 200 ist mit einem inneren Ring oder einem Trägermaterial 206 versehen. Das Material 206 kann ein weichmagnetisches Material, beispielsweise ein Eisenmaterial wie Kohlenstoffstahl sein oder kann ein nicht-magnetisches Material, beispielsweise Nylon, sein.
8 zeigt einen Motor 800, der zu dem in 7 gezeigten ähnlich ist, jedoch eine Erfassungsscheibe 100 wie die in 1 gezeigte aufweist. Eine Abstützung 820 positioniert den Hall-Effekt-Sensor 722 so, dass der Sensor 722 den magnetischen Fluss von der Erfassungsscheibe 100 misst, der zur Drehachse 714 senkrecht und zu einer Fläche 119 der Erfassungsscheibe 100 parallel ist. Siehe z. B. 1, in der die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 so orientiert sind, dass sie den magnetischen Fluss messen, der zu einer Fläche 119 der Erfassungsscheibe 100 parallel, d. h. zu einer axialen Richtung 102, um die sich die Scheibe 100 dreht, senkrecht ist, 202. Wie in 7 ist der Sensor 722, wie in 8 gezeigt, bezüglich des Stators 716 ortsfest.
Die Scheibe 100 umfasst Magnete 104, die so angeordnet sind, dass die Scheibe 100 in der axialen Richtung 102 magnetisiert wird. Die Scheibe 100 ist auch mit einem Trägermaterial 106 versehen, das weichmagnetisch ist, wie z. B. einem Eisenmaterial wie Kohlenstoffstahl, oder nicht-magnetisch ist.
Jeder Magnetpol des Erfassungsrings oder der Erfassungsscheibe sollte entweder in der radialen oder axialen Richtung gleichmäßig magnetisiert werden, so dass keine Magnetisierungs-"Signalformung" erforderlich ist. Die Magnete können aus einem kostengünstigen Material wie z. B. Ferrit oder gebundenem NdFeB hergestellt werden.
Die Hall-Effekt-Sensoren sollten vom analogen linearen Typ mit einer Signalausgabe, die über einen gewissen Bereich des magnetischen Flusses (∓|B|) linear ist, sein. Kommerzielle analoge lineare Hall-Effekt-Sensoren, die geeignet und derzeit erhältlich sind, weisen beispielsweise typischerweise lineare Bereiche des magnetischen Flusses zwischen etwa ∓500 Gauß und etwa ∓1500 Gauß auf.
Die Sensoren 108, 109 sind so ausgerichtet oder orientiert, dass sie die Magnetfelder senkrecht zu den Magnetisierungsrichtungen 102, 202 messen. Mit anderen Worten, die Sensoren sind so ausgerichtet, dass sie den magnetischen Fluss tangential zur Oberfläche des Erfassungsrings oder der Erfassungsscheibe messen.
Wie Fachleute erkennen werden, tritt ein Hall-Effekt auf, wenn im Zusammenhang mit einem dreidimensionalen Koordinatensystem mit drei senkrechten Achsen x, y und z ein Element, das einen elektrischen Strom in der x-Achsen-Richtung führt, in einem Magnetfeld angeordnet ist, dessen Fluss oder Kraftlinien parallel zur z-Achse ausgerichtet sind. Da geladene Teilchen, die durch ein Magnetfeld laufen, eine Lorentz-Kraft erfahren, werden die Elektronen, die sich in der x-Achsen-Richtung bewegen, durch eine Lorentz-Kraft in der y-Achsen-Richtung abgelenkt. Dies erzeugt ein Ladungsungleichgewicht über dem Strom führenden Element in der y-Achsen-Richtung und eine entsprechende Spannung über dem Strom führenden Element in der y-Achsen-Richtung.
Ein typischer Hall-Effekt-Sensor weist ein ebenes Element auf, das in der x-y-Ebene orientiert ist, wobei ein Strom in der x-Achsen-Richtung durch das Element fließt. Wenn der magnetische Fluss entlang der z-Achse durch das ebene Element verläuft, erscheint eine Spannung über dem Element in der y-Achsen-Richtung, die zum magnetischen Fluss, der durch das ebene Element hindurchgeht, proportional ist. Diese Spannung ist die Hall-Effekt-Sensor-Ausgabe.
In einer Situation, in der die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 mit einem ebenen leitenden Element versehen sind, ist die Ansicht in 1 und 2 der Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 entlang einer Kante des ebenen leitenden Elements von jedem Sensor. Mit anderen Worten, die Ebene des Elements kann durch eine Drehachse der Scheibe 100 oder des Rings 200 und eine radiale Richtung der Scheibe 100 oder des Rings 200, die die Drehachse schneidet und zu dieser senkrecht ist, definiert werden. Wenn sich der Sensor 108 an einem Pol befindet, wie in 1 und 2 gezeigt, verläuft kein magnetischer Fluss durch den Sensor 108 und die Spannung über seinem ebenen Element in der zur Stromflussrichtung senkrechten Richtung ist Null. Wie aus 1 und 2 mit Bezug auf die Sensoren 109 zu sehen ist, liegt der durch den Sensor 109 verlaufende magnetische Fluss auf einem Maximum, wenn der Sensor 109 in gleichen Abständen zwischen zwei benachbarten Magnetpolen angeordnet ist, und ein Betrag der Spannung über seinem ebenen Element in der zur Stromflussrichtung senkrechten Richtung liegt auf einem Maximum.
10 zeigt eine Vorderansicht eines herkömmlichen Hall-Effekt-Sensors 1000 mit drei elektrischen Anschlussleitungen 1002, 1004 und 1006. Typischerweise ist eine der Anschlussleitungen mit der Erdung verbunden, eine weitere ist mit einer Quellenspannung verbunden und die dritte liefert eine Sensorausgangsspannung, die einen Betrag und eine Richtung oder Polarität des magnetischen Flusses, der durch die ebene Fläche des Sensors 1000 verläuft, angibt. Herkömmliche Hall-Effekt-Sensoren mit 3 Anschlussleitungen wie z. B. der Sensor 1000 sind typischerweise so konfiguriert, dass die Sensorausgangsspannung an der dritten Anschlussleitung im Bereich von 0 Volt bis zur Quellenspannung liegt, wobei 0 Volt einen maximalen magnetischen Fluss mit einer ersten Polarität darstellt und die Quellenspannung einen maximalen magnetischen Fluss mit der entgegengesetzten Polarität darstellt, und eine Ausgabe der Hälfte der Quellenspannung eine Ruheausgabe ist, die einen magnetischen Fluss von Null, der durch den Sensor verläuft, darstellt. Die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 können von diesem Typ sein oder können von irgendeinem anderen geeigneten Typ von Hall-Effekt-Sensor sein.
Die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 können in einem festgelegten Luftspaltabstand von der Oberfläche des Erfassungsrings oder der Erfassungsscheibe angeordnet sein, so dass eine Signalformausgabe von jedem der Sensoren 108, 109 quasi dreieckig ist, wie in 4 gezeigt. Die in 4 gezeigte Signalformausgabe ist ein Kurvenbild der Sensorausgangsspannung entlang der vertikalen Achse und der Position des Sensors relativ zur Scheibe 100 oder zum Ring 200 entlang der horizontalen Achse. Der Luftspaltabstand kann beispielsweise in der Größenordnung von 100 mils (etwa 2,5 Millimeter) oder weniger liegen. Ein Luftspaltabstand, in dem die Hall-Effekt-Sensor-Ausgabe quasi dreieckig ist, kann in Abhängigkeit von den speziellen Eigenschaften des verwendeten Erfassungsrings und Hall-Effekt-Sensors variieren und kann leicht durch ein Experiment in Anbetracht spezieller Vorrichtungskomponenten und Verwendungsbedingungen bestimmt werden. In einem weiteren Abstand wird die Signalformausgabe sinus förmig, wie in 6 gezeigt.
Im Gegensatz dazu richten herkömmliche Hall-Effekt-Sensor-Anordnungen die Hall-Effekt-Sensoren zum Messen des magnetischen Flusses in der Magnetisierungsrichtung senkrecht zum Erfassungsring aus und geben Flusssignalformen ähnlich der in 3 gezeigten aus. Bezüglich 1 und 2 wäre beispielsweise das ebene leitende Element eines herkömmlich angeordneten Hall-Effekt-Sensors parallel zur Oberfläche 119 oder tangential zur Oberfläche 219 und hätte eine maximale Ausgabe an einem Magnetpol und eine minimale Ausgabe an einem Ort, der zwischen zwei benachbarten Magnetpolen in gleichem Abstand liegt.
Wie in 3 gezeigt, ist die unter Verwendung von herkömmlichen Hall-Effekt-Sensor-Anordnungen erzeugte Signalform für nur einen kleinen Abschnitt der Signalformperiode nahe den Flussnulldurchgängen linear, d. h. weist eine konstante Steigung auf. Im Rest der Signalformperiode krümmt sich die Signalformgestalt und ist dann für einen großen Abschnitt der Signalformperiode nahe den Signalformextrema relativ flach (d. h. weist eine Steigung mit einem kleinen Wert auf). Diese Signalformgestalt erzeugt aus verschiedenen Gründen keine genaue Rotorpositionserfassung.
Erstens ist die in 3 gezeigte Signalformgestalt unerwünscht, da sie für nur einen kleinen Abschnitt der Signalformperiode linear ist. Im Gegensatz dazu hätte eine ideale Signalformgestalt eine lineare Steigung für zumindest eine Hälfte der Signalformperiode. Eine lineare Gestalt ist erwünscht, da die Umwandlung oder Decodierung eines Spannungspegels in eine Rotorposition einfach und konsistent durchgeführt werden kann, wenn sich der Spannungspegel linear mit der Rotorposition ändert.
Zweitens ist die in 3 gezeigte Signalform für einen großen Abschnitt der Signalformperiode nahe den Signalformextrema relativ flach; dies ist unerwünscht, da das Verhältnis der Spannungsänderung zur Rotorpositionsänderung kleiner wird, wenn sich die Signalformsteigung abflacht. Dieses kleine Verhältnis erfordert eine größere Messempfindlichkeit und steigert die Empfindlichkeit des Systems gegen Rauschen.
Drittens muss für die Abschnitte der Signalformperiode, in denen die Signalformgestalt gekrümmt ist, die Gestalt der Kurve bekannt sein und eine zusätzliche Berechnung muss unter Verwendung der Gestalt der Kurve durchgeführt werden, um die Rotorposition genau zu bestimmen.
4 zeigt eine Hall-Effekt-Sensor-Ausgangssignalform, die viel erwünschter ist als die in 3 gezeigte Signalform. Wie in 4 gezeigt, ist die Signalformgestalt, die den Flussnulldurchgang umgibt, linear, während die Signalformgestalt an den Spitzen leicht abgerundet ist. Wie in 4 gezeigt, ist gut über die Hälfte der Signalformgestalt linear. Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vermeidet die Verwendung der abgerundeten Signalformgestalt an den Spitzen, um die Rotorposition zu bestimmen, unter Verwendung von zwei Hall-Effekt-Sensoren, die um 90° elektrisch beabstandet sind. Die Rotorpositionsinformation wird von beiden Sensoren in abwechselnder Weise geliefert, wie beispielsweise in 5A und 5B gezeigt, so dass nur lineare Abschnitte der Sensorausgangssignalformen verwendet werden.
Da die Sensorausgangssignalformen nur nahe ihren Spitzen nicht-linear sind, können nicht-lineare Abschnitte der Signalformen durch Vergleichen des Ausgangssignals eines Sensors mit einem Schwellenwert, der geringer als oder gleich einem Betrag ist, unter dem die Signalform linear ist und über dem die Signalform nicht-linear ist, identifiziert werden.
Wie in 4 und 5A zu sehen ist, ist die Signalform jedes Sensors innerhalb etwa 60° auf beiden Seiten eines Nulldurchgangs dieser Signalform im Allgemeinen linear. Da die zwei Sensoren (und daher ihre jeweiligen Nulldurchgänge) um 90 elektrische Grad beabstandet sind, wie beispielsweise die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109, die in 1 & 2 gezeigt sind, bedeutet dies, dass beide Sensoren 108, 109 gleichzeitig ein lineares Ausgangssignal in einem Bereich auf halbem Wege zwischen zwei benachbarten Nulldurchgängen aufweisen, wobei einer der benachbarten Nulldurchgänge ein Nulldurchgang für den Sensor 108 ist und der andere benachbarte Nulldurchgang ein Nulldurchgang für den Sensor 109 ist, z. B. zwei benachbarte Nulldurchgänge der Signalformen 550 und 560 von 5A. Da der Abstand zwischen den Sensoren 108, 109 (und folglich der Signalformen 550 und 560) 90 elektrische Grad ist, und da jede der Signalformen 550, 560 innerhalb 60 elektrischer Grad auf beiden Seiten ihres Nulldurchgangs im Wesentlichen linear ist, ist die Breite jedes Überlappungsbereichs, in dem beide Signalformen 550, 560 gleichzeitig linear sind, 30 elektrische Grad. In irgendeiner Position, weist somit zumindest einer der Sensoren 108, 109 eine lineare Spannungsausgabe bezüglich einer Position des Erfassungselements relativ zum Sensor auf, und in einigen Positionen (zwischen 30 und 60 elektrischen Grad im Abstand von jedem Signalform-Null) weisen beide Sensoren 108, 109 ein lineares Ausgangssignal auf.
Wenn Sensoren verwendet werden, bei denen die Ausgangssignalform jedes Sensors einen linearen Bereich aufweist, der weniger als 60 elektrische Grad auf beiden Seiten eines Nulldurchgangs für diesen Sensor abdeckt, dann ist der Überlappungsbereich, in dem beide Sensoren ein lineares Ausgangssignal aufweisen, entsprechend kleiner. Wenn jede der zwei Sensorsignalformen innerhalb 45° eines Nulldurchgangs dieser Signalform linear ist, aber weiter als 45° vom Nulldurchgang nicht-linear ist (bis sie innerhalb 45° des nächsten Nulldurchgangs für diese Signalform liegt), dann überlappen die linearen Bereiche der zwei Signalformen nicht, da die zwei Sensoren 108, 109 um 90 elektrische Grad beabstandet sind, obwohl eine der Signalformen an irgendeinem Ort linear ist.
Eine einfache Lösung besteht darin, den Schwellenwert gleich einem Signalformwert zu wählen, der bei plus oder minus 45 elektrischen Grad von einem Nulldurchgang der Signalform auftritt. Mit diesem Schwellenwert, wie in 5A und 5B gezeigt, weist einer und nur einer der zwei Sensoren 108, 109 zu irgendeinem Zeitpunkt ein Ausgangssignal auf, das unter dem Schwellenwert liegt. Folglich kann eine Motorsteuereinheit diesen Schwellenwert verwenden, um leicht festzustellen, welcher Sensor für die Rotorpositionsinformation zu beachten ist.
Insbesondere, wie in 5A gezeigt, gibt einer der zwei Sensoren 108, 109 die Signalform 550 aus und der andere Sensor gibt die Signalform 560 aus. Die vertikale Achse stellt die Spannung dar und die horizontale Achse stellt die Position dar, beispielsweise die Positionen jedes Sensors bezüglich des Erfassungselements. Eine Referenzlinie 574 befindet sich 45 elektrische Grad von einem Ursprung 576, der auch ein "Nullpunktdurchgang" für die Signalform 550 ist. Die Signalformen 550, 560 sind zwischen den Schwellen 570 und 572 linear. Lineare Segmente der Signalformen 550, 560, die zwischen den Schwellen liegen, sind mit 550A-F und 560A-F bezeichnet. Die Referenzlinien 578 und 580 befinden sich in 45 elektrischen Grad von den Nullpunktdurchgängen der Signalformen 550 und 560. Wie in 5A zu sehen ist, entspricht jede Position entlang der horizontalen Achse einem Punkt auf nur einem der Segmente 550-A-F und 560A-F. 5B ist ähnlich zu 5A, lässt jedoch Abschnitte der Signalformen 550 und 560 weg, die außerhalb die Schwellen 570 und 572 fallen, so dass die linearen Abschnitte der Signalformen, die von der Motorsteuereinheit verwendet werden, d. h. die Segmente 550A-F und 560A-F, leichter zu sehen sind.
Jeder der Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 gibt den Ruhewert V_Ruhe aus, wenn kein magnetischer Fluss durch den Hall-Effekt-Sensor verläuft. Durch den Hall-Effekt-Sensor 108 verläuft beispielsweise kein magnetischer Fluss und er gibt folglich den Ruhewert aus. Wenn durch einen der Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 eine maximale Menge an magnetischem Fluss verläuft, wie beispielsweise den Hall-Effekt-Sensor 109, der in 1 gezeigt ist, gibt er entweder den minimalen Wert V_min oder den maximalen Wert V_max aus. Ob er den maximalen oder den minimalen Wert ausgibt, hängt von der Richtung ab, in der der magnetische Fluss durch den Hall-Effekt-Sensor 109 verläuft. Da die Magnete 104 die Polarität und folglich die Magnetflussrichtung abwechseln, wechseln die Ausgangssignale der Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 auch zwischen dem minimalen und dem maximalen Wert ab, wenn sich beispielsweise die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 durch die Magnetfelder in der in 1 gezeigten Richtung 121 bewegen.
Wenn die Hall-Effekt-Sensoren 108, 109 vom vorstehend mit Bezug auf 10 beschriebenen herkömmlichen Typ mit 3 Anschlussleitungen sind, ist der maximale Wert V_max der Ausgangssignalformen 550, 560 eine Eingangsspannung V_in, die zu den entsprechenden Hall-Effekt-Sensoren geliefert wird, der Ruhewert V_Ruhe oder "Null" der Ausgangssignalformen 550, 560 ist die halbe Eingangsspannung oder V_in/2 und der minimale Wert V_min ist Null Volt.
Eine absolute Rotorposition innerhalb eines elektrischen Zyklus kann unter Verwendung der zwei Sensoren bestimmt werden. Wie beispielsweise in 5A bezüglich der Signalformen 550, 560 gezeigt, kommen für jede Signalform alle Werte der Signalform (abgesehen von den minimalen und maximalen Werten) zweimal in einem elektrischen Zyklus vor. Für einen gegebenen Wert der Signalform 550, der zwischen der Ruhespannung V_Ruhe und der Schwelle 570 liegt, kann die Position beispielsweise entweder auf dem Segment 550A oder dem Segment 550B liegen. Wenn ein Wert der Signalformen 550, 560, der zwischen den Schwellen 570, 572 liegt, verwendet wird, um die Rotorposition anzugeben, kann der Wert der anderen der Signalformen 550, 560 verwendet werden, um festzustellen, welches der zwei Segmente der ersten Signalform verwendet werden sollte. Wenn beispielsweise ein Wert der Signalform 560 über der Ruhespannung, aber unter der Schwelle 570 liegt und der entsprechende Wert der Signalform 550 größer ist als die Ruhespannung, entspricht die Rotorposition vielmehr dem linearen Segment 560A als dem linearen Segment 560B. Folglich geben die Signalformen 550, 560 zusammen eine absolute Position des Rotors innerhalb eines elektrischen Zyklus an.
In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform liegen zwei Sensoren 90 elektrische Grad auseinander und die Schwellen 570, 572 sind so gewählt, dass jeder Ort entlang der horizontalen Achse einem Punkt auf einem linearen Signalformsegment entspricht.
Andere Konfigurationen können jedoch verwendet werden. Ein Abstand zwischen den Sensoren kann beispielsweise auf einen geeigneten Wert eingestellt werden, der von 90 elektrischen Grad verschieden ist, mehr als zwei Sensoren können verwendet werden, und die Schwellen können anders festgelegt werden. Gründe für die Verwendung einer anderen Konfiguration können beispielsweise die Verwendung von Sensorausgangssignalformen, die verschiedene lineare Bereiche aufweisen, umfassen. Die linearen Bereiche können in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Sensoren, der Luftspaltabstände zwischen den Sensoren und dem Erfassungselement und anderen Faktoren variieren. Konfigurationen mit a) Punkten auf den linearen Signalformsegmenten für nur einige Sensor-Erfassungselement-Positionen, b) mehrere Punkte auf linearen Signalformsegmenten für nur einige Sensor-Erfassungselement-Positionen oder c) mehrere Punkte für jede Position können auch in Abhängigkeit von speziellen Anwendungen der Erfindung verschiedenartig nützlich oder erwünscht sein.
Die bevorzugte Ausführungsform verwendet eine Steuereinheit auf Mikroprozessorbasis, um die analogen Signale, die von den linearen Hall-Effekt-Sensoren geliefert werden, zu nehmen und sie unter Verwendung eines A/D-Umsetzers in digitale Signale umzusetzen. Diese Konfiguration kann eine Rotorpositionserfassung mit hoher Auflösung bereitstellen. Es wird beispielsweise angenommen, dass ein Motor acht Polpaare enthält und dass jede diagonale Linie in 5 gleich 256 Rotorpositionsschritten ist. Da acht elektrische Zyklen pro Umdrehung und vier Linien pro elektrischem Zyklus vorhanden sind, ist die gesamte Auflösung pro Umdrehung gleich 8192 (256 × 8 × 4). Dies ist eine ausgezeichnete Auflösung innerhalb eines durch einen Motor angetriebenen Systems. Ein weiterer signifikanter Vorteil besteht darin, dass dieses System in einen Motor für geringe Kosten eingebaut werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Luftspalt zwischen dem Erfassungsring und dem Sensor vergrößert, so dass das Sensorausgangssignal eine im Wesentlichen sinusförmige Signalform beschreibt, wie in 6 gezeigt. Insbesondere zeigt 6 Ausgangssignalformen von zwei Sensoren, die 90 elektrische Grad auseinander angeordnet sind, wobei die Signalform 630 einem ersten Sensor entspricht und die Signalform 632 einem zweiten Sensor entspricht. Eine Positionsinformation kann aus den in 6 gezeigten im Wesentlichen sinusförmigen Signalformen 630, 632 decodiert oder gewonnen werden, indem auf dem Fachgebiet gut bekannte Prinzipien ähnlich dem "Sinus-Cosinus"-Verfahren, das in einigen herkömmlichen Drehmeldern verwendet wird, angewendet werden. Wie bei dem vorstehend mit Bezug auf 4 & 6 beschriebenen Dreiecksignalformverfahren können Abschnitte von jeder Signalform, die am nächsten zu den Flussnulldurchgängen der Signalform liegen, die primären Signale sein, die zum Decodieren der Rotorposition verwendet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird ein einzelner analoger Schalter, d. h. ein Hall-Effekt-Sensor, mit einem Erfassungsring verwendet. Lineare Abschnitte des Sensorausgangssignals können wie vorstehend beschrieben verwendet werden, um die Rotorposition zu bestimmen. Nicht-lineare Abschnitte des Sensorausgangssignals nahe den Signalformspitzen können entweder ignoriert werden oder können verwendet werden, um die Rotorposition abzuschätzen. Die Rotordrehzahl- und -beschleunigungsinformationen können auch verwendet werden, um die Rotorposition während eines Zeitraums abzuschätzen, in dem das Sensorausgangssignal nicht-linear ist.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden zwei Erfassungsringe und mindestens zwei und vorzugsweise drei Hall-Effekt-Sensoren verwendet. Ein Ring wird verwendet, um Schritte mit hoher Auflösung zu erfassen, und der andere Ring wird verwendet, um die absolute Position zu erfassen. Wenn drei Sensoren zur Verfügung stehen, können zwei der Sensoren mit dem Erfassungsring mit hoher Auflösung verwendet werden, um eine Angabe der absoluten Rotorposition innerhalb eines elektrischen Zyklus vorzusehen, und ein dritter Sensor kann mit dem Ring zur Erfassung der absoluten Position verwendet werden, um eine Information zu liefern, die verwendet werden kann, um anzugeben, in welchem elektrischen Zyklus der mechanischen Umdrehung sich der Rotor befindet. Der Erfassungsring mit hoher Auflösung weist vorzugsweise eine Anzahl von Magnetpolen auf, die gleich einer Anzahl von Motorfeldpolen ist oder gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Anzahl von Motorfeldpolen ist. Der Ring zur Erfassung der absoluten Position weist vorzugsweise zwei Pole (magnetischer Nordpol und magnetischer Südpol) auf. Die Pole können dieselbe Größe aufweisen, beispielsweise belegt jeder Pol die Hälfte oder 180° des Erfassungsrings. Alternativ kann ein Pol einen großen Abschnitt des Rings zur Erfassung der absoluten Position belegen und der andere Pol kann einen restlichen, kleineren Abschnitt des Rings belegen.
Als weitere Alternative kann mindestens ein Sensor mit dem Erfassungsring mit hoher Auflösung verwendet werden, und zwei Sensoren, die 90 ° auseinander angebracht sind, können mit einem Ring zur Erfassung der absoluten Position mit zwei Polen verwendet werden, so dass eine absolute mechanische Position des Rotors zu einem beliebigen Zeitpunkt bestimmt werden kann.
Als noch weitere Alternative kann ein anderes Verfahren, das keinen Hall-Effekt-Sensor verwendet, der zum Messen des magnetischen Flusses tangential zur Oberfläche des Erfassungsrings oder der Erfassungsscheibe orientiert ist, verwendet werden, um ein Signal für die absolute Position einmal pro mechanischer Umdrehung des Rotors zu liefern.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein analoges Signal von einem Hall-Effekt-Sensor, um die Rotorposition zu erfassen, anstelle eines digitalen Signals, das auf dem analogen Signal basiert und durch Liefern des analogen Signals zu einem A/D-Umsetzer erhalten wird, direkt verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann (können) der (die) Hall-Effekt-Sensoren) bezüglich des Motorrotors ortsfest sein und das Erfassungselement kann bezüglich des Motorstators ortsfest sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Anzahl von Magnetpolen des Erfassungselements anders als die Anzahl der Motorfeldpole. Eine größere Anzahl von Magnetpolen des Erfassungselements als der Motorteldpole kann beispielsweise vorgesehen sein. Wenn die Erfassungselementpole verwendet werden, um eine inkrementale Position des Motorrotors bezüglich des Motorstators zu bestimmen, erhöht im Allgemeinen das Erhöhen der Anzahl der Erfassungselementpole die Genauigkeit und Auflösung der bestimmten inkrementalen Position.
Der Erfassungsring oder die Erfassungsscheibe kann beispielsweise aus Ferrit, gebundenem NdFeB, gesintertem NdFeB oder SmCo bestehen. Andere Sensoren neben Hall-Effekt-Sensoren, die auch eine im Wesentlichen dreieckige oder sinusförmige Ausgangssignalform erzeugen, die ein Kurvenbild der Position als Funktion des Sensorausgangssignals ist, können anstelle von oder zusätzlich zu Hall-Effekt-Sensoren verwendet werden.
9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der ein Motor 900 zu dem in 7 gezeigten Motor 700 ähnlich ist, aber sich darin unterscheidet, dass der Erfassungsring 902 in einer Becherform ausgebildet ist, so dass die Magnete 904 auf einem Innendurchmesser eines Randes des Bechers 906 angeordnet sind, welcher aus einem weichmagnetischen oder nicht-magnetischen Material ausgebildet ist. Eine Abstützung 920 hält einen Hall-Effekt-Sensor 922 nahe einem Innendurchmesser des Rings, der durch die Magnete 904 entlang des Randes des Bechers 906 gebildet ist.

Claims

Verfahren zum Steuern eines bürstenlosen Elektromotors (700; 800), der einen Rotor (724), ein Erfassungselement (100; 200) mit mehreren Magnetpolen sowie einen ersten und einen zweiten Halleffekt-Sensor (722; 108, 109), die mit ihren Erfassungsebenen senkrecht zu einer Oberfläche des Erfassungselements angeordnet sind, um den magnetischen Fluss von den Magnetpolen in einer Richtung tangential zu dem Erfassungselement (100; 200) zu messen, aufweist, wobei a) das Erfassungselement (100; 200) oder b) der erste und der zweite Sensor (722; 108, 109) in einer festen Beziehung zum Rotor (724) angebracht sind und wobei der erste und der zweite Sensor (722; 108, 109) in der Weise voneinander beabstandet sind, dass bei jeder Drehposition des Rotors (724) ein Ausgang des ersten und/oder des zweiten Sensors (722; 108, 109) linear ist, wobei das Verfahren umfasst: Messen des magnetischen Flusses der mehreren Magnetpole über den ersten und den zweiten Sensor (722; 108, 109) und Ausgeben eines entsprechenden Messsignals für den ersten und für den zweiten Sensor (722; 108, 109), Bestimmen einer absoluten Drehposition des Rotors (724) innerhalb eines elektrischen Zyklus anhand der Messsignale und Steuern des Motors anhand der decodierten Rotorposition.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Messsignal eine im Wesentlichen dreieckige Signalform hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Messsignal eine im Wesentlichen sinusförmige Signalform hat.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Anzahl der mehreren Magnetpole gleich der Anzahl der Motorfeldpole ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeder Magnetpol des Erfassungselements (100; 200) gleichmäßig magnetisiert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem während des Messschrittes eine Relativbewegung zwischen a) dem Erfassungselement (100; 200) und b) dem ersten und dem zweiten Sensor (722; 108, 109) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem sich während des Messschrittes jenes Element der Gruppe, die aus dem Erfassungselement (100; 200), dem ersten und dem zweiten Sensor (722; 108, 109) besteht, das in einer festen Beziehung zu dem Rotor (724) steht, relativ zu den übrigen Elementen (100; 200; 722; 108, 109) dieser Gruppe bewegt.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner den Schritt umfasst, bei dem für jedes Messsignal Schwellenwerte ausgewählt werden, die gleich Werten des Signals sind, die bei plus und minus 45 elektrischen Grad in Bezug auf einen Nulldurchgang des Signals auftreten, und bei dem die Drehposition des Rotors anhand der Signalwerte zwischen den Schwellenwerten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, das ferner den Schritt umfasst, bei dem Abschnitte der Signale, die außerhalb der Schwellenwerte fallen, unterdrückt werden, während die verbleibenden Abschnitte der Signale geradlinige Segmente sind, und bei dem jede Position des Erfassungselements in Bezug auf den ersten und den zweiten Halleffekt-Sensor (722; 108, 109) einem Punkt auf einem der geradlinigen Segmente entspricht.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei dem jede Drehposition des Rotors (724) einem Wert eines der Signale entspricht und der Wert zwischen den Schwellenwerten für das Signal liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Sensor (722; 108, 109) um höchstens 120 Grad voneinander beabstandet angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste und der zweite Sensor (722; 108, 109) um 90 elektrische Grad voneinander beabstandet angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eines der Messsignale des ersten und des zweiten Halleffekt-Sensors (722; 108, 109) einen Bereich in einem elektrischen Zyklus angibt und das andere der Messsignale des ersten und des zweiten Halleffekt-Sensors (722; 108, 109) einen Ort in diesem Bereich angibt.
Bürstenloser Elektromotor mit einem Rotor (724), einem Erfassungselement (100; 200), das mehrere Magnetpole besitzt, und einem ersten und einem zweiten Halleffekt-Sensor (722; 108, 109), die mit ihren Erfassungsebenen senkrecht zu einer Oberfläche des Erfassungselements angebracht sind, um den magnetischen Fluss von den Magnetpolen in einer Richtung tangential zu dem Erfassungselement zu messen, wobei a) das Erfassungselement (100; 200) oder b) der erste und der zweite Halleffekt-Sensor (722; 108, 109) in einer festen Beziehung zu dem Rotor angebracht sind, wobei die Halleffekt-Sensoren zum Ausgeben eines Messsignals und so angeordnet sind, dass an jeder Drehposition des Rotors (724) ein Ausgang des ersten und/oder des zweiten Sensors linear ist, wobei die Messsignale zum Decodieren einer absoluten Drehposition des Rotors (724) in einem elektrischen Zyklus verwendet werden, wobei der Motor zum Steuern anhand der decodierten Rotorposition beschaffen ist.