電流控制的無刷馬達中的無傳感器的bemf測量的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種基于與電子切換驅動機構的反電動勢大體上呈線性關系的參數 來確定所述電子切換驅動機構中的儲備轉矩的方法，所述電子切換驅動機構特別是用于前 照燈光束調整系統的脈沖馬達。
【背景技術】
[0002] 在各種實施例的形態中，基于現有技術，電子切換的驅動機構，也稱為"無刷DC馬 達"或"BLDC"是已知的；該類型的驅動機構(例如作為脈沖馬達）在汽車工業中被用于各種 應用，例如用于前照燈光束調整系統中。
[0003] 該類型的脈沖馬達描述于例如DE 10 2012 104 541 Al中。該脈沖馬達包括第一 導電核芯和第二導電核芯，所述第一導電核芯的端部相對于彼此而間隔，所述第二導電核 芯的端部也相互間隔。這些導電核芯通常構造成"C"字形狀，并且被布置在彼此呈直角的位 置，使得第一核芯的端部與第二核芯的端部相鄰。這兩個導電核芯都是由磁性材料構成，以 便傳導磁場。該脈沖馬達還包括被布置在核芯端部之間的永久磁體。該永久磁體被安裝在 可旋轉的轉子軸上。另外，第一感應線圈纏繞在至少一部分的第一導電核芯的周圍，第二感 應線圈纏繞在至少一部分的第二導電核芯的周圍。第一感應線圈具備第一組的供電導線， 第二感應線圈具備第二組的供電導線。第一和第二供電導線電性連接到可編程控制系統， 該控制系統電性連接到電源以便將電流提供至第一和第二感應線圈。因此，可將第一和第 二導電核芯磁化。在運行中，控制電路選擇性地將電壓輸送至第一和第二供電導線，使得電 流分別在第一和第二感應線圈中流動。在電流發生變化的情況下，在相關的感應線圈中產 生磁場。然后，磁場經過所連接的導電核芯被引導朝向永久磁體。如果磁化的導電核芯的 磁場與永久磁體的磁場不對準，那么永久磁體將圍繞轉子軸的軸線而旋轉。因此，為了維持 永久磁體的旋轉，而通過施加一系列電流信號來改變第一和第二感應線圈的磁場。通過調 整施加給第一和第二供電導線的電壓或電流的幅值并且通過對電壓或電流進行同步調整， 可以控制旋轉速度。
[0004] 還已知一種用于檢測脈沖馬達的失速狀態的方法，例如從DE 10 2012 104 541 Al中，其中測量感應線圈的"反電動勢"（或"反EMF")。在控制系統激勵感應線圈中的一個 感應線圈并將另一感應線圈去激勵的情況下，永久磁體的旋轉在去激勵線圈中引起電壓。 該電壓是反EMF，并且可以由控制系統進行測量。反EMF的較大讀數表明永久磁體正在旋 轉，因此表明脈沖馬達不處于失速狀態。相反地，反EMF的較低讀數表明永久磁體是靜止 的，因此表明脈沖馬達處于失速狀態。在用于判斷脈沖馬達是否處于失速狀態的方法中，使 脈沖馬達在一個方向上旋轉直到它到達限制止動件，在此期間由控制系統監測反EMF。一旦 反EMF下降至低于預定的閾值，控制系統則使脈沖馬達在另一個方向上方向旋轉同時再次 監測反EMF，直到達到第二限制止動件，在該處反EMF再次下降至低于預定的閾值。此參考 步驟通常被描述為"參考運行（reference run)"。
[0005] 該方法是特別不利的，其在于在臨界范圍內反EMF中的改變較小，因此該已知方 法僅允許以受限的精度來實現最大轉矩的評估。其不利之處還在于：用于失速檢測的閾值 取決于負荷。還觀察到由于馬達中的振動，反EMF仍然會超過閾值，因此不能可靠地預計失 速狀態。
[0006] 在汽車工業中，上述類型的脈沖馬達被用于例如前照燈光束調整系統。可觀察到 可獲得的前照燈的發光強度一代比一代增加。
[0007] 因此，必須確保前照燈不停留在將使迎面駛來的車輛炫目的位置，由于車輛數量 增加，其密度繼續增加。使迎面駛來的車輛炫目會增加發生事故的危險。
[0008] 為了解決這個問題，現有技術已描述了在一般的驅動機構中最大反EMF相對于最 大驅動電流的點如何指示驅動機構的儲備轉矩。利用該方法，能夠進行對驅動機構的機械 系統的診斷，并且可以測量任何低靈敏度的點。為此目的，可以記錄轉矩特征曲線，該特征 曲線的隨時間推移的運動導致對機械系統中磨損的測量。
[0009] 通過對馬達中或前照燈中磨損跡象的早期檢測，可以在功能完全損失之前將前照 燈切換到安全狀態，由此減小迎面駛來的車輛的炫目并且使發生事故的危險最小化。在其 它應用中，也必須盡可能準確地確定電子切換驅動機構的儲備轉矩。
[0010] 為此目的，現有技術提供對在驅動電流的過零點處的反EMF的確定，在該過零點 處與歐姆電阻相關的電壓降消失。該布置應確保對反EMF的測量不影響對馬達的控制。
[0011] 然而，已證明此方法不利地具有受限的穩健性。此外，對在驅動電流過零點處的反 EMF的測量具有以下缺點：該方法通常不能確定反EMF的幅值，因為在驅動電流的過零點處 此變量與無負荷狀態相符，但與有負荷狀態不相符。因此，不能以更高的精度來確定儲備轉 矩。

【發明內容】

[0012] 因此，本發明的目的是排除或至少減少現有技術的缺點。因此，本發明的具體目的 是在運行中以受限的消耗來檢測電子切換驅動機構中的反EMF，從而能夠準確地確定儲備 轉矩。
[0013] 可通過具有權利要求1的特征的方法而實現此目的。在從屬權利要求中描述了實 施例的優選形態。
[0014] 根據本發明，為了確定與反電動勢相關的參數，而確定與變化間隔相關的驅動電 流中的變化。
[0015] 利用該方法，通過確定與變化間隔相關的驅動電流中的變化而獲得與反EMF成比 例的參數，由此預先確定電流變化并且測量時間區間。在該方法中，在運行中至少一次地 確定驅動電流中的時間相關變化，并且由適當的控制單元(例如微控制器）采用一系列順序 的、特別是增量的電流信號的形式加以控制。因此，有利地可以在任何時間確定反EMF，不僅 在驅動電流的過零點處。這具有的具體優點是：能夠確定最大反EMF，該最大反EMF只與無 負荷工作狀態中的驅動電流的過零點相符，但在有負荷狀態中該最大反EMF移位到與驅動 電流相反的相。因此，可以準確地確定用于相關應用的儲備轉矩（即，可從驅動機構中所獲 得的最大轉矩)。利用根據本發明的方法，可以以較高的靈敏度來確定儲備轉矩，甚至在接 近于滿工作負荷的情況下。對于在電動車輛前照燈光束調整系統中的應用，該方法具有特 定的優點。通過基于與時間相關的電流變化來確定反EMF，可以可靠地預計驅動機構的失 速，由此提供充分的時間使前照燈轉變成安全狀態。
[0016] 在實施例的一個特別優選的形態中，假設基于用于預定電流變化的變化間隔來確 定反電動勢相關參數，由此通過對時間測量的求和而以特定程度的分辨率來確定變化間 隔。因為驅動電流中的變化是由控制單元所支配（因此是已知的)，所以通過在驅動電流中 的順序步進之間（即在增量切換期間）記錄變化時間可以具體地確定與反EMF成比例的參 數。為此目的，以特定程度的分辨率進行時間測量，由此變化或過渡時間是通過求和而獲 得。
[0017] 為了檢測儲備轉矩，有利的是是否針對施加給驅動機構的各電流來確定參數。因 此，在實施例的此形態中，為驅動電流中的各切換步驟(或者切換塊、或切換階段）連續地確 定與反EMF成比例的參數。因此，有利地，無論負荷狀態如何均能夠確定最大或最小反EMF。
[0018] 為了確定驅動機構的儲備轉矩，有利的是確定與驅動電流相關的參數的相位移。 為此目的，具體地確定該參數的最小和/或最大值相對于最小或最大驅動電流的相角，正 如基于現有技術已知的，由此能夠得出儲備轉矩。
[0019] 因為反EMF反映驅動轉子的瞬時角速度，所以反EMF可有利地用作檢測由磨損或 與生產相關灰塵所導致的系統中機械振蕩的手段。利用根據本發明的方法，可以在常規操 作中確定反EMF，從而檢測驅動機構機械系統中的磨損。為此目的，有利的是確定用于驅動 機構位置的參數的特征曲線。通過在常規操作期間記錄特征曲線中的變化，能夠得出磨損。
【附圖說明】
[0020] 下面參照實施例的優選形態來更詳細地描述本發明，其是為了舉例而不是為了進 行限制。在各附圖中： 圖1示出了脈沖馬達的電流-時間特性，其中通過基于現有技術已知的方法來確定在 驅動電流過零點處的反EMF ; 圖2示出了脈沖馬達的電流-時間特性，其中根據本發明確定與變化間隔相關的驅動 電流變化，從而確定與反電動勢成比例的參數； 圖3示出對應于圖2中的區域III的圖2的放大截面。
【具體實施方式】
[0021] 圖1示出了其中實線代表在脈沖馬達(未圖示)工作期間的驅動電流I的圖示。驅 動馬達可例如根據DE 10 2012 104 541 Al而構造。因為這種脈沖馬達的設計和控制在 現有技術中是公知的，所以為此目的可參照DE 10 2012 104 541 Al的公開內容。在通過 施加驅動電流而使此類型脈沖馬達(或其它電子切換驅動機構）工作的期間，反電動勢或反 EMF (也縮寫成BEMF)與控制機構相反地運行。這導致轉矩損失，該轉矩損失與旋轉速度成 正比。
[0022] 在圖1中，虛線代表由于驅動轉子在定子磁場中運動所引起的反電動勢（U。根 據現有技術，在驅動電流/的過零點處確定反電動勢，在下文中簡稱為反EMF。
[0023] 圖1的下半部分示出了從在過零點附近的驅動電流I特性的"A"中所截取的詳細 放大視圖。因此，響應于由控制單元(未圖示)所輸出的相應指令，驅動電流i從步長值以咸 小至步長值i。，該步長值i。對應于驅動電流過零點。在從步長值4向過零點i。的過渡中， 在驅動電流中觀察到電流衰減特性iDEC。圖1還示出了由工作電壓Ub和反EMF所組成的驅 動電壓特性K在驅動電