DE102022113399A1 - Vorrichtung, System und Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine. Die Vorrichtung umfasst einen Messwerteingang zum Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren, eine Recheneinheit zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und eine Werteausgabe zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors. Die Recheneinheit ist ausgestaltet, aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen, signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine.
• Bei Servomotoren, im weiteren Sinne geregelten Positionierantrieben, wird typischerweise ein dezidierter Lagegeber verwendet. Im klassischen Servomotor wird als Lagegeber typischerweise ein Resolver eingesetzt, während bei Servomotoren im weiteren Sinne, wie z.B. lagegeregelten bürstenlosen Gleichstrommotoren (BDLCs; brushless DC Motoren), auch diskrete optische Absolutwertgeber eingesetzt werden. Darüber hinaus gibt es auch andere Bauformen von dezidierten Lagegebern.
• Hinsichtlich Genauigkeit sind von diesen Lagegebern vor allem Resolver sehr gut. Allerdings haben Resolver und auch andere Lagegeber diverse Nachteile. Ein Nachteil sind die hohen Kosten von Lagegeber, die typischerweise im Bereich von 25 EUR (optische Lagegeber) bis zu 300 EUR (Resolver; oder darüber für sehr präzise Resolver) liegen. Mehrkosten fallen durch weitere Montageschritte während der Herstellung an, insbesondere für die Montage der Lagegeber. Ferner ist ein Absolutwertgeber auf eine exakte Ausrichtung relativ zum Rotor der elektrischen Maschine angewiesen. Schließlich kann der von dem Lagegeber benötigte zusätzliche Bauraum bei kleinen Antrieben im Vergleich zu den gesamten Abmessungen der elektrischen Maschine erheblich sein.
• Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung, ein System und ein Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine bereitzustellen, die hinsichtlich Kosten, Bauraum und Montageaufwand verbessert sind.
• Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine bereitgestellt, umfassend:
• einen Messwerteingang zum Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren,
• eine Recheneinheit zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und
• eine Werteausgabe zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors,
• wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist,
  • - aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen,
  • - Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und
  • - die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein System zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine bereitgestellt, umfassend:
• - eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor eine Anzahl von Polpaaren von Magnetpolen aufweist,
• - eine Anzahl von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren zur Erfassung von Magnetfeldmessignalen, und
• - eine vorliegend offenbarte Vorrichtung zur Lagebestimmung des Rotors der elektrischen Maschine anhand der von den Magnetfeldsensoren erfassten Magnetfeldmessignale und zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die Winkelstellung des Rotors.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ferner ein entsprechendes Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine bereitgestellt.
• In noch weiteren Aspekten der vorliegenden Erfindung werden ein Computerprogramm, das Programmcodemittel umfasst, um einen Computer zu veranlassen, die Schritte des vorliegend offenbarten Verfahrens durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird, sowie ein nichttransitorisches computerlesbares Aufzeichnungsmedium bereitgestellt, das darin ein Computerprogrammprodukt speichert, das, wenn es von einem Prozessor ausgeführt wird, bewirkt, dass das vorliegend offenbarte Verfahren durchgeführt wird.
• Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert. Es versteht sich, dass das beanspruchte Verfahren, das beanspruchte System, das beanspruchte Computerprogramm und das beanspruchte Medium ähnliche und/oder identische bevorzugte Ausführungsformen aufweisen wie die beanspruchte Vorrichtung, insbesondere wie in den abhängigen Ansprüchen definiert ist und wie vorliegend offenbart ist.
• Die erfindungsgemäße Lageerfassung ist prinzipbedingt preisgünstig und bedarf keiner (werkseitigen / anfänglichen) Kalibrierung der verwendeten Magnetfeldsensoren. Die durch das Verfahren zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors ermöglichte Akzeptanz höherer Bauteiltoleranzen und thermischer Drift, die durch die Bestimmung der Korrekturwerte ausgeglichen wird, ist die Voraussetzung für niedrige Bauteilkosten.
• Ferner ist keine dezidierte Ausrichtung von Sensorik und Rotor notwendig, da diese implizit aus sich selbst heraus vorhanden ist. Aufwand und Kosten für eine Ausrichtung während der Fertigung oder Inbetriebnahme entstehen somit erst gar nicht. Der Rotor (bzw. die Magnete des Rotors) ist (sind) Teil der Sensorik.
• Die vorgestellte Lösung löst die ferner die Bauraumprobleme: Der vorgestellte Lagegeber muss keine dezidierte eigenständige Komponente sein, sondern kann grundsätzlich ein Teil der gesamten sowieso vorhandenen Elektronik der elektrischen Maschine sein, die beispielsweise platzsparend in das Gehäuse der elektrischen Maschine integriert ist. Beispielsweise können in einer Ausgestaltung Lageerfassung, Leistungselektronik und Führungssystem auf einer Platine der elektrischen Maschine integriert werden. Bei Motor- bzw. Antriebssystemen mit integrierter Elektronik ist somit nahezu kein zusätzlicher Bauraum erforderlich.
• Die vorliegende Erfindung löst somit Kosten- und eventuelle Platzprobleme ohne wesentliche Kompromisse bei der Messgenauigkeit. Der typischerweise für eine präzise Lageerfassung bei Servomotoren immer erforderliche hohe Hardwareaufwand in Form von hoher Präzision von Bauteilen und Komponenten und in Form von zusätzlichen Bauteilen und Komponenten kann erfindungsgemäß deutlich verringert werden.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht ferner eine Verlagerung von einem hohen Entwicklungs- und Produktionsaufwand der Hardware mit hohen Produktkosten hin zu einem gestiegenen Aufwand bei der Datenverarbeitung, insbesondere der Verarbeitung der Magnetfeldmessignale und der Berechnung der Winkelstellung des Rotors, die aber durch Software und/oder vorhandene Elektronik erfolgen kann, was in der Serienfertigung zu lediglich geringen Kosten führt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anzahl der Magnetfeldsensoren und die Anzahl der erhaltenen Magnetfeldmessignale mindestens drei beträgt, insbesondere mehr als drei beträgt und ungeradzahlig ist. Beispielsweise beträgt die drei, fünf, sieben oder neun. Die Anzahl der Magnetfeldsensoren (und somit der Magnetfeldmessignale muss ausreichend groß sein, um aus der Magnetisierungsform einen Winkel zu bestimmen. Der Gedanke ist dabei, einen Nonius-artigen Versatz vorzusehen. Je mehr Magnetfeldsensoren genutzt werden, desto genauer wird das Ergebnis bei gleichzeitig höherem Hardware- und Rechenaufwand. Eine ausreichend große Anzahl von Magnetfeldmesssensoren sorgt dafür, dass in jedem Fall (bei jeder Rotorposition) ein eindeutiger Winkel in einer Periode (Polpaar) der Rotor-Magnetisierung erkennt werden kann. Die kann letztendlich auch als eine Art Mustererkennung betrachtet und behandelt werden.
• Ausreichend große Anzahl meint dabei bei sinusförmiger Magnetisierung mindestens drei Magnetfeldsensoren und bei eher blockförmiger Magnetisierung prinzipbedingt mehr. Der Nonius-artige Versatz um den gesamten Rotorumfang bei Polpaarzahlen größer 1 erhöht die Genauigkeit und verringert den Rechenfehler bei ungleichmäßiger Magnetisierung. Bei hochpoligen Rotoren ist ein Nonius-artiger Versatz um einen Abschnitt des Rotorumfangs gut ausreichend; es muss dann nicht um den gesamten Umfang sein.
• Während grundsätzlich Signalwerte von zwei unterschiedlichen Messzeitpunkten ausreichend sind, ist in einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, die Korrekturwerte aus Signalwerten an mindestens drei unterschiedlichen Messzeitpunkten (an unterschiedlichen Rotorpositionen)zu bestimmen. Dies ermöglicht eine noch genauere Bestimmung der Korrekturwerte und verbessert maßgeblich die Genauigkeit der Bestimmung der Winkelstellung des Rotors unter Zuhilfenahme der Korrekturwerte.
• Ferner kann die Recheneinheit ausgestaltet sein, zusätzlich zu den Magnetfeldmessignalen eine zu dem entsprechenden Messzeitpunkt geschätzte oder bestimmte Winkelstellung des Rotors zu verwenden, insbesondere zur Unterscheidung unterschiedlicher Rotorpositionen. Dadurch dann die Genauigkeit laufend verbessert werden, so dass die berechnete Winkelstellung sich schnell dem tatsächlichen Wert annähert. Die (zumindest ungefähre) Kenntnis der Winkelstellung des Rotors wird dabei insbesondere genutzt, um verschiedene Rotorpositionen voneinander zu unterscheiden, fließt grundsätzlich aber nicht selbst in die Berechnung der Korrekturwerte mit ein.
• In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Recheneinheit ausgestaltet ist, aus den Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale ein Gleichungssystem aufzustellen, dessen Gleichungen aus den erhaltenen Magnetfeldmessignalen an unterschiedlichen Rotorpositionen Winkelstellung des Rotors gebildet werden, und anhand des Gleichungssystems die Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen. Eine solche Bestimmung lässt sich durch eine Software relativ einfach implementieren und ggf. auf die konkrete Anwendung anpassen. Aus den erhaltenen Magnetfeldmesssignalen und den ermittelten Korrekturwerten kann ein weiteres Verfahren (z.B. eine fehlertolerante Lageschätzung) verwendet werden, anhand dessen die Winkelstellung des Rotors bestimmt wird.
• Bei der Bestimmung der Korrekturwerte kann die Recheneinheit ausgestaltet sein zur Aufstellung eines Gleichungssystems, dessen Anzahl an Gleichungen mindestens der Anzahl der Signalwerte an zwei Messzeitpunkten entspricht. Das Gleichungssystem kann explizit oder implizit gelöst werden. Bevorzugt wird eine höhere Anzahl von Messzeitpunkten für ein somit größeres Gleichungssystem genutzt, um den Einfluss von Rauschen in den Magnetfeldmessignalen zu verringern.
• Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Recheneinheit ausgestaltet ist, pro Magnetfeldsensor einen separaten Korrekturwert zu bestimmen. Dies erhöht die Genauigkeit der Bestimmung der Winkelstellung des Rotors.
• Die Recheneinheit kann ferner ausgestaltet sein, die Winkelstellung des Rotors zu einem Messzeitpunkt aus den Signalwerten der korrigierten Magnetfeldmessignale zu diesem Messzeitpunkt anhand einer fehlertoleranten (vorzugsweise mustererkennenden) Schätzmethode zu bestimmen. Grundsätzlich können verschiedene mustererkennende Schätzmethoden eingesetzt werden. Eine einfache Methode für eine sinusförmige Magnetisierung mit begrenzter Sensortoleranz besteht darin, aus drei Berechnungen der Rotorposition (bei drei Magnetfeldsensoren) zwei Berechnungen auszuwählen und den Mittelwert zu bilden. Es können aber auch aufwändigere Methoden wie z.B. eine Maximum-Likelihood Schätzung für beliebige Magnetisierungsformen eingesetzt werden.
• In einer Ausführungsform kann ferner vorgesehen sein, dass die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Korrekturwerte und die Winkelstellung des Rotors laufend neu zu bestimmen, insbesondere aus Messwertsignalen, die zu den N letzten Messzeitpunkten an unterschiedlichen Rotorpositionen erfasst wurden, wobei N im Bereich von 2 bis 50 liegt, insbesondere im Bereich von 2 bis 20 liegt und beispielsweise 10 oder 15 beträgt. In einer alternativen Ausgestaltung werden die Korrekturwerte nicht ständig (also in jedem Messzeitpunkt) neu bestimmt, sondern nur in Abständen, z.B. zu allen k Messzeitpunkten an unterschiedlichen Rotorpositionen, wobei k im Bereich von 2 bis 1000 (beispielsweise im Bereich von 10 bis 20) liegt. Vorzugsweise werden dabei mehrfach erfasste Messwerte von der gleichen oder nährungsweise gleichen Rotorposition verworfen.
• Eine elektrische Maschine kann grundsätzlich ein Motor oder ein Generator sei; bei beiden kann die vorliegende Erfindung eingesetzt werden. Ein bevorzugter Einsatz ist bei einem Elektromotor, insbesondere einem Positionierantrieb oder Servomotor.
• Das erfindungsgemäße System kann, bei Einsatz bei einem Elektromotor, eine Regelungs- oder Steuerungseinheit aufweisen zur Regelung oder Steuerung des Elektromotors anhand der Winkelstellungsinformation, die erfindungsgemäß bestimmt wird.
• Die Magnetfeldsensoren sind bevorzugt verteilt, insbesondere gleichmäßig (in äquidistanten Abständen) verteilt, um den Rotor angeordnet. Die Magnetfeldsensoren können grundsätzlich auch lediglich in einem Winkelabschnitt des Stators gegenüber dem Rotor, vorzugsweise gleichmäßig (in äquidistanten Abständen) angeordnet sein, beispielsweise nur in einem bestimmten Winkelabschnitt, der ein oder (bevorzugt) mehrere Polpaare überdeckt. Eine solche Anordnung kann insbesondere bei sehr hochpoligen elektrischen Maschinen verwendet werden, bei denen die Magnetfeldsensoren bevorzugt in einem Winkelabschnitt angeordnet sind, der mehrere Polpaare überdeckt. Bevorzugt sind die Magnetfeldsensoren unkalibrierte Magnetfeldsensoren, insbesondere Hall-Sensoren.
• Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den nachfolgenden Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems;
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdichtesignal zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
• 4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
• 5 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform zur Berechnung der Korrekturwerte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren;
• 6 zeigt einen Querschnitt durch eine bespielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems; und
• 7 zeigt ein Diagramm zur Illustration des Messfehler in einem Simulationsbeispiel mit fünf Hall-Sensoren.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 1 zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine. Das System 1 umfasst eine elektrische Maschine 2, z.B. einen Elektromotor oder einen Generator, mit einem Rotor 3 und einem Stator 4, wobei der Rotor 3 eine Anzahl (im vorliegenden Beispiel zwei) von Polpaaren von Magnetpolen 5 (Südpolen S und Nordpolen N) aufweist. Das System 1 umfasst ferner eine Anzahl von mehreren um den Rotor 3 verteilt angeordneten Magnetfeldsensoren 6 (im vorliegenden Beispiel drei an verschiedenen Winkelpositionen S1, S2, S3 Magnetfeldsensoren 6) zur Erfassung von Magnetfeldmessignalen. Ferner umfasst das System 1 eine Vorrichtung 7 zur Lagebestimmung des Rotors 3 der elektrischen Maschine 2 anhand der von den Magnetfeldsensoren 6 erfassten Magnetfeldmessignale und zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die Winkelstellung des Rotors 3.
• Rotor 3 und Stator 4 könnten grundsätzlich auf bekannte Art und Weise aufgebaut sein wie bei bekannten Elektromotoren oder Generatoren. Als Magnetfeldsensoren werden beispielsweise unkalibrierte Magnetfeldsensoren, z.B. Hall-Sensoren, verwendet, die bevorzugt in gleichen Winkelabständen äquidistant versetzt um den Rotor angeordnet sind. Die Anzahl der Magnetfeldsensoren wird beispielsweise nach dem Prinzip des Nonius gegenüber der Polzahl der elektrischen Maschine gewählt, beispielsweise drei oder fünf bei einem Rotor mit vier Magnetpolen (= Polpaarzahl zwei).
• 2 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 7 mit einem Messwerteingang 71 zum Erhalt von Magnetfeldmessignalen von den mehreren um den Rotor verteilt angeordneten Magnetfeldsensoren 6, einer Recheneinheit 72 zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors 3 anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale und einer Werteausgabe 73 zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors 3. Der Messwerteingang 71 und die Werteausgabe 73 sind beispielsweise als Datenschnittstellen zur kontaktlosen oder kontaktbehafteten Dateneingabe bzw. Datenausgaben ausgestalten, beispielsweise als Signalein- und -ausgang über eine feste Verdrahtung bzw. Verschaltung oder über eine drahtlose Signalübertragungsstrecke wie etwa NFC (near field communication).
• Die Recheneinheit 72 kann beispielsweise in Form eines Prozessors, eines Microcontrollers oder einer dedizierten Schaltungseinheit implementiert sein. Sie kann somit in Form von Hard- und/oder Software realisiert sein. Die Recheneinheit 73 ist ausgestaltet, die folgenden Schritte auszuführen. In einem ersten Schritt wird aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten (an unterschiedlichen Rotorpositionen) Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale bestimmt. In einem zweiten Schritt werden Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte korrigiert. Bevorzugt werden die Signalwerte korrigiert, die für die Bestimmung der Korrekturwerte verwendet wurden; grundsätzlich können die Korrekturwerte aber auch für die Korrektur anderer Signalwerte (also an Messzeitpunkten bzw. Rotorpositionen) verwendet werden. In einem dritten Schritt wird die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt bestimmt.
• Die für die Bestimmung der Korrekturwerte und der Winkelstellung des Rotors verwendeten Magnetfeldmesssignale (genauer: die Signalwerte (Messwerte) der Magnetfeldmessignale zu den verschiedenen Messzeitpunkten) sollten bevorzugt an verschiedenen Rotorpositionen (also bei verschiedenen Winkelstellungen des Rotors) aufgenommen werden. Messwerte von der gleichen oder fast gleichen Rotorposition können ggf. zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung führen bzw. keine oder eine nur geringe Verbesserung der Bestimmung der Winkelstellung des Rotors bringen.
• 3 zeigt ein beispielhaftes Flussdichtesignal 10 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Als Beispiel wird vorliegend angenommen, dass die Rotor-Magnetfeld über den Umfang des Rotors einen sinusförmigen Verlauf aufweist. An den drei Winkelpositionen S1, S2 und S3 um den Rotor ist jeweils einer der drei Magnetfeldsensoren 6 angeordnet, um jeweils ein Magnetfeldmesssignal zu erfassen. Im Idealfall würden die tatsächlichen Flussdichtewerte B₁(S1),B₂(S2) und B₃(S3) an den Winkelpositionen S1, S2, S3 gemessen. Real gemessen werden an den Winkelpositionen S1, S2, S3 mit Messfehlern behaftete Flussdichtewerte B_m1(S1), B_m2(S2) und B_m3(S3). Dabei wird davon ausgegangen, dass der Messfehler systematisch und bis auf thermische Drift statisch ist. Für den Fall eines rein systematischen Messfehlers ohne Offset gilt: B₁ = K₁ · B_m1,B₂ = K_2. B_m2 und B₃ = K₃ · B_m3, wobei K₁, K₂, K₃ Korrekturwerte sind, die vorliegend bestimmt werden.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung erfolgt eine Kalibrierung der Magnetfeldsensoren online, d.h. laufend während des Betriebs der elektrischen Maschine, wobei die Kalibrierung als mathematisches Problem mit mehreren Unbekannten betrachtet wird. Mit dem Vorwissen bzw. Annahmen über die Art der Magnetisierung (beispielsweise eine sinusförmige Feldverteilung oder eine andere analytische Funktion) und einer ausreichenden Anzahl an Magnetfeldmesswerten kann ein (vorzugsweise überbestimmtes) Gleichungssystem aufgestellt und entweder explizit oder implizit gelöst werden. Dafür werden bevorzugt mindestens zwei Sätze von positionsverschiedenen Messungen verwendet, d.h. Messwerte der (im vorliegenden Beispiel drei Magnetfeldsensoren), die zu unterschiedlichen Messzeitpunkten und bei unterschiedlichen Rotorpositionen (d.h. Winkelstellungen des Rotors) gemessen wurden. Die Messwerte wurden somit während der Bewegung des Rotors gemessen.
• 4 zeigt ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 7'. Von der elektrischen Maschine 2 (hier als Beispiele ein Elektromotor, z.B. ein Servomotor) werden wie oben beschrieben mithilfe der Magnetfeldsensoren (hier nicht gezeigt) Magnetfeldmesswertsignale erfasst. Insbesondere werden mehrere Sätze von Messwerten B_m1,B_m2 und B_m3 erfasst und über den Messwerteingang 71 in einem Speicher 74 abgelegt. Beispielsweise werden N (N≥2) Messwertsätze m_i (also zu N verschiedenen Messzeitpunkten erfasste Messwerte) abgelegt: $$\begin{array}{l}{m}_1=B_{\text{m}1}\left(m_1\right),B_{\text{m}2}\left(m_1\right),B_{\text{m}3}\left(m_1\right),{\epsilon }_{\text{mech}\mathrm{,1}}\left(m_1\right)\hfill \\ m_2=B_{\text{m}1}\left(m_2\right),B_{\text{m}2}\left(m_2\right),B_{\text{m}3}\left(m_2\right),{\epsilon }_{\text{mech}\mathrm{,2}}\left(m_2\right)\hfill \\ ⋮\hfill \\ m_{\text{N}}=B_{\text{m}1}\left(m_{\text{N}}\right),B_{\text{m}2}\left(m_{\text{N}}\right),B_{\text{m}3}\left(m_{\text{N}}\right),{\epsilon }_{\text{mech},\text{N}}\left(m_{\text{N}}\right)\hfill \end{array}$$

  

  wobei ε_mech,1 ≠ ε_mech,2 ≠ ··· ≠ ε_mech,N.
• Bevorzugt wird zusätzlich zu den Messwerten auch der mechanische Rotorwinkel ε_mech zu jedem Messwertsatz abgelegt, der anfangs (ggf. ohne Verwendung von Korrekturwerten) geschätzt und damit anfangs noch unpräzise ist. Er kann aber dazu genutzt werden sicherzustellen, dass für die weitere Berechnung bevorzugt (oder ausschließlich) Messwertsätze verwendet werden, die an unterschiedlichen Rotorpositionen (mechanischen Rotorwinkeln) erfasst wurden, da der Winkelfehler auch nur begrenzt groß sein kann, da die Toleranz der Magnetfeldsensoren begrenzt ist. Die Kenntnis des mechanischen Rotorwinkels ε_mech erlaubt es somit, verschiedene Positionen des Rotors zuverlässig voneinander zu unterscheiden und damit verschiedene Messwertsätze verschiedenen Positionen zu identifizieren und auszuwählen, auch wenn die Winkelberechnung anfangs noch fehlerhaft ist.
• In einer Korrekturwerteberechnungseinheit 75 werden, beispielsweise mithilfe eines Algorithmus, die Korrekturwerte K₁,K₂, K₃ für die Magnetfeldsensoren (bevorzugt für jeden Magnetfeldsensor) berechnet. Für die Berechnung der Korrekturwerte werden mindestens zwei, bevorzugt mehrere) Messwertsätze von jeweils unterschiedlicher Rotorposition verwendet. Eine Anzahl von Messwertesätzen aus der gleichen oder ähnlichen Rotorpositionen verringert die Genauigkeit und Effizienz der Berechnung der Korrekturwerte und somit die Genauigkeit und Effizienz der nachfolgenden Lagebestimmung. Der Winkelfehler (Fehler von ε_mech) hat keinen direkten Einfluss auf die Genauigkeit der Berechnung der Korrekturwerte (K-Werte), er kann bei geeignetem Algorithmus, beispielsweise mithilfe eines Gleichungssystems, eliminiert werden, beispielsweise aus den Gleichungen „herausgekürzt“ werden.
• In einer Korrektureinheit 76 werden mithilfe der berechneten Korrekturwerte K₁,K₂, K₃ die gemessenen Messwerte B_m1, B_m2 und B_m3 korrigiert, um korrigierte Flussdichtewerte B_k1, B_k2, B_k3 zu bestimmen, die möglichst genau die tatsächlichen Flussdichtewerte B₁, B₂, B₃ repräsentieren. Dies erfolgt beispielsweise nachfolgender Berechnung: B_k1 = B_m1 · K₁; B_k2 = B_m2 · K₂; B_k3 = B_m3 · K₃.
• In einer Positionsbestimmungseinheit 77 wird nachfolgend anhand der korrigierten Flussdichtewerte B_k1, B_k2, B_k3 die jeweilige Position des Rotors berechnet, beispielsweise anhand folgender Formel: ε_mech = arcsin(B_ki · K_i). Bei drei Magnetfeldsensoren werden drei Werte für ε_mech erhalten, die alle jeweils fehlerbehaftet sind. Beispielsweise werden so viele Werte erhalten wie Magnetfeldsensoren verwendet werden, die alle Fehler beinhalten. Z.B. werden bei drei Sensoren die Werte ε_mech,1 = 150,3°, ε_mech,2 = 151,1° und ε_mech,3 = 155,9° erhalten. In diesem Fall hätte ε_mech,3 den größten Abstand und würde eliminiert werden. Aus ε_mech,1 und ε_mech,2 wird beispielsweise der Mittelwert gebildet, der dann den gesuchten Positionswert des Rotors darstellt.
• Die Positionsberechnung liefert bereits mit unkorrigierten Messwerten (ohne Korrektur der Messwerte mit Hilfe der online-Kalibrierung anhand der Korrekturwerte) Ergebnisse für die Rotorposition als Winkel. Allerdings beinhaltet die Positionsberechnung einen systematischen Fehler, der durch wiederholte Bestimmung der Korrekturwerte (zu jedem Messzeitpunkt oder in Abständen) und wiederholte Bestimmung der Rotorposition zu einer schnellen Verbesserung der Lagebestimmung und schnelle Annäherung an den tatsächlichen Wert führt.
• Die berechnete Rotorposition kann schließlich beispielsweise einer Regelungseinheit 8 übergeben werden, die den Motor damit genauer regeln kann.
• Die Positionsberechnung und online-Kalibrierung der Magnetfeld-Sensoren wirken somit zusammen. Die online-Kalibrierung ermittelt die Korrektur-Werte bzw. K-Werte. Mit diesen werden die Messwerte korrigiert, wodurch der systematische Anteil des Messfehlers der Sensoren massiv verringert oder vollständig eliminiert wird. Die Bestimmung des Rotor-Lage-Winkels wird dadurch hochgenau.
• Das Verfahren läuft bevorzugt kontinuierlich während des Betriebs der elektrischen Maschine. Eine durch Temperaturänderungen bedingte Änderung der systematischen Fehler wird somit bevorzugt laufend korrigiert.
• Störungen wie etwa Rauschen in den Messwerten und zufällig ungünstige Messwertsätze (z.B. an den gleichen oder sehr ähnlichen Rotorpositionen gemessene Messwerte) können Ungenauigkeiten bei der Berechnung der Korrekturwerte (K-Werte) bei einem Durchlauf erzeugen. Solche Probleme werden in einer Ausgestaltung durch Mittelwertbildung der Korrekturwerte über mehrere berechnete Korrekturwerte oder über ein Zeitintervall gelöst.
• 5 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführungsform zur Berechnung der Korrekturwerte bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, wie sie beispielsweise in Korrekturwerteberechnungseinheit 75 benutzt werden kann. In einer Implementierung kommen aus Kostengründen unkalibrierte Hall-Sensoren zum Einsatz. Gesucht sind die K-Werte der analogen Hall-Sensoren, die aufgrund ihrer Toleranz vom normierten Wert 1 abweichen. Als Beispiel werden drei Hall-Sensoren verwendet, für die die nachfolgende beispielhafte Berechnung dargestellt wird.
• In einem ersten Schritt S10 werden zum Zeitpunkt i und der Rotorposition ε_mech,1 die Messwerte der verwendeten Hall-Sensoren gemessen: B_m1,i = B_m1(m_i), B_m2,i = B_m2(m_i) und B_m3,i = B_m3(m_i). Dabei gilt: $$B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}={\text{K}}_1\cdot \text{sin}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}\right)$$

  

  $$B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}}={\text{K}}_2\cdot \text{sin}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}+1\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right)={\text{K}}_2\cdot \left(\text{sin}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}\right)\cdot {\text{cD}}_2+\text{cos}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}\right)\cdot {\text{sD}}_2\right)$$

  

  $$B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}}={\text{K}}_3\cdot \text{sin}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}+2\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right)={\text{K}}_3\cdot \left(\text{sin}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}\right)\cdot {\text{cD}}_3+\text{cos}\left({\epsilon }_{\text{mech},\text{i}}\right)\cdot {\text{sD}}_3\right)$$

  

  $${\text{mit cD}}_2=\text{sin}\left(\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right),{\text{sD}}_2=\text{cos}\left(\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right),{\text{cD}}_3=\text{sin}\left(2\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right),{\text{sD}}_3=\text{cos}\left(2\frac{4}{3}\mathrm{\pi }\right).$$

  
• In einem zweiten Schritt S11 erfolgt die Berechnung der K-Werte im Verhältnis zu K₁ also von $n_{12}=\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}$

  

  und $n_{13}=\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_3}.$

  

  Um das Verhältnis der K-Werte zweiter Hall-Sensoren zu berechnen, werden Messwerte der beiden Hall-Sensoren zu mindestens zwei verschiedenen Zeitpunkten (hier i-1 und i) genutzt. Dazu kann beispielsweise die Mitternachtsformel verwendet werden: $$\begin{array}{l}{\left(\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}\right)}^2\cdot \left(B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}-1}{}^2-B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}}{}^2\right)-2\cdot \frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}\cdot {\text{cD}}_2\left(B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}-1}\cdot B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}-1}-B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}\cdot B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}}\right)\\ +\left(B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}-1}{}^2-B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}{}^2\right)=0\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{l}{\left(\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_3}\right)}^2\cdot \left(B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}-1}{}^2-B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}}{}^2\right)-2\cdot \frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}\cdot {\text{cD}}_3\left(B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}-1}\cdot B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}-1}-B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}\cdot B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}}\right)\\ +\left(B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}-1}{}^2-B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}{}^2\right)=0\end{array}$$

  
• Die Formel ergibt sich durch die Eliminierung der Rotorposition aus den Gleichungen aus Schritt S10 und der Anwendung der Gleichung auf zwei unterschiedliche Zeitpunkte (i-1 und i).
• In einem dritten Schritt S12 werden für die Berechnung von K₁ zwei Messwerte zum Zeitpunkt i und ein K-Werte Verhältnis genutzt. Die Gleichung aus Schritt S11 kann dazu genutzt werden: $${\text{K}}_1=\frac{1}{{\text{sD}}_2}\cdot \sqrt{{\left(\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}\right)}^2{B}_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}}{}^2-2\cdot \frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_2}\cdot {\text{cD}}_2\cdot B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}\cdot B_{\text{m}\mathrm{2,}\text{i}}+B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}{}^2}$$

  

  oder $${\text{K}}_1=\frac{1}{{\text{sD}}_3}\cdot \sqrt{{\left(\frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_3}\right)}^2{B}_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}}{}^2-2\cdot \frac{{\text{K}}_1}{{\text{K}}_3}\cdot {\text{cD}}_3\cdot B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}\cdot B_{\text{m}\mathrm{3,}\text{i}}+B_{\text{m}\mathrm{1,}\text{i}}{}^2}$$

  
• In einem vierten Schritt S13 erfolgt die Berechnung aller anderen K-Werte, also von K₂. und ${\text{K}}_3:{\text{K}}_2=\frac{{\text{K}}_1}{{\text{n}}_{12}}$

  

  und ${\text{K}}_3=\frac{{\text{K}}_1}{{\text{n}}_{13}}.$

  
• In einem fünften Schritt S14 wird auf die nächste Messung zum Zeitpunkt i+1 gewartet, wonach dann wieder mit dem ersten Schritt begonnen wird, um für den nächsten Zeitpunkt die K-Werte neu zu berechnen. Es sei an dieser Stelle erwähnt, dass die Berechnung der K-Werte laufend erfolgen kann, also zu jedem neuen Zeitpunkt, zu dem neue Messwerte erfasst werden. Alternative kann die Berechnung der K-Werte nur zu jedem x-ten Zeitpunkt, zu dem neue Messwerte erfasst werden, wobei x einen beliebigen wählbaren ganzzahligen Wert einnehmen kann, z.B. 5, 10, 20 50, 100, etc. Die K-Werte können alternativ auch in unregelmäßigen Abständen neu berechnet werden.
• Die Berechnung der Position in der Positionsbestimmungseinheit 77 kann beispielsweise anhand der Formel ε_mech = arcsin(B_ki · K_i), wobei für jeden Hall-Sensor (und jeden K-Wert zu einem bestimmten Messzeitpunkt) ein unterschiedliches ε_mech,1 ≠ ε_mech,2 ≠ ... ≠ ε_mech,N berechnet wird. Ein einfaches Verfahren, um ε_mech zu bestimmen, ist, die zwei am nächsten beieinander liegenden Werte für ε_mech zu nehmen und den Mittelwert von diesen beiden zu bilden. Grundsätzlich gibt es jedoch sehr viele mustererkennende Ansätze.
• 6 zeigt einen Querschnitt durch eine bespielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems 20. Erkennbar sind darin insbesondere die räumliche Anordnung der diversen Komponenten, insbesondere der Lagerdeckel 21, der Rotor 22, der Stator 23, das Lager 24, die Magnetfeldsensoren 25 und die Recheneinheit 26 (beispielsweise in Form einer integrierten Elektronik umfassend, Lageerfassung, Motorsteuerung, Wechselrichter und/oder andere Komponenten). Im Gegensatz zu bekannten bürstenlosen Gleichstrommaschinen, insbesondere einem BLDC-basierten Servomotor, mit integrierter Elektronik kann insbesondere eine für die Lagerfassung (z.B. Resolver) erforderliche Sensorik, die ein vergleichsweise großes Bauelement darstellt und auf der Achse untergebracht werden muss, entfallen, was zu einer Verringerung des erforderlichen Bauraums beiträgt.
• 7 zeigt ein Diagramm zur Illustration des Messfehlers in einem Simulationsbeispiel mit fünf Hall-Sensoren. Gezeigt sind, über der Anzahl der Messwerte, die Abweichung der Positionsberechnung 30 (von der tatsächlichen Position), die Abweichung der K-Werteberechnung 31 (vom tatsächlichen K-Wert des jeweiligen Hall-Sensors) und der Stochastische Messfehler (Rauschen) 32. Als Eingabewerte für den Algorithmus wurden verwendet: Der statische Messfehler der Hall-Sensoren wurde zu ±25% gewählt und zusätzlich wurde ein stochastischer Messfehler entsprechend Rauschen der Hall-Sensoren von ca. 5% eingefügt. Nach der K-Werte Berechnung und Korrektur der gemessenen Feldstärke beträgt der verbleibende statische Messfehler nur noch ca. 1% (nach Verarbeitung von ca. 100 Messwerten) und somit eine resultierende Positioniergenauigkeit von ≤ ±1 ° (also eine Abweichung vom tatsächlichen Positionswert von ≤ ±1 °).
• Zusammenfassend erfolgt erfindungsgemäß eine Kombination von kostengünstigen und unkalibrierten Sensoren zusammen mit softwareimplementierten Verfahren als Ersatz für teure Hardwarekomponenten wie etwa dezidierter Lagegeber. Ferner ermöglicht die Erfindung die Nutzung kostengünstiger Bauelemente, etwa kostengünstiger Mikrocontroller, sowie deren Fähigkeiten wie etwa vieler AD-Kanäle und hoher Rechenleistung als Ersatz für präzise teuer analoge Messtechnik. Insgesamt ergeben sich somit Vorteile hinsichtlich der Kosten bei gleichzeitigem Erhalt oder sogar einer Verbesserung der Messgenauigkeit und einer Selbstkalibrierung im Betrieb.
• Die Erfindung umfasst auch folgende Ausgestaltungen:
1. 1. Vorrichtung zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend:
   • einen Messwerteingang zum Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren,
   • eine Recheneinheit zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und
   • eine Werteausgabe zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors,
   • wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist,
     • - aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen,
     • - Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und
     • - die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.
2. 2. Vorrichtung nach Ausgestaltung 1, wobei die Anzahl der Magnetfeldsensoren und die Anzahl der erhaltenen Magnetfeldmessignale mindestens drei beträgt, insbesondere mehr als drei beträgt und ungeradzahlig ist.
3. 3. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Korrekturwerte aus Signalwerten an mindestens drei unterschiedlichen Messzeitpunkten zu bestimmen.
4. 4. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, zusätzlich zu den Signalwerten der Magnetfeldmessignale eine zu dem entsprechenden Messzeitpunkt geschätzte oder bestimmte Winkelstellung des Rotors zu verwenden, insbesondere zur Unterscheidung unterschiedlicher Rotorpositionen.
5. 5. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, aus den erhaltenen Magnetfeldmessignalen ein Gleichungssystem aufzustellen, dessen Gleichungen aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an unterschiedlichen Rotorpositionen gebildet werden, und anhand des Gleichungssystems die Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen.
6. 6. Vorrichtung nach Ausgestaltung 5, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist zur Aufstellung eines Gleichungssystems, dessen Anzahl an Gleichungen mindestens der Anzahl der Signalwerte an zwei Messzeitpunkten entspricht.
7. 7. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, pro Magnetfeldsensor einen separaten Korrekturwert zu bestimmen.
8. 8. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Winkelstellung des Rotors zu einem Messzeitpunkt aus den Signalwerten der korrigierten Magnetfeldmessignale zu diesem Messzeitpunkt anhand einer fehlertoleranten Schätzmethode zu bestimmen.
9. 9. Vorrichtung nach einer der vorstehenden Ausgestaltungen, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Korrekturwerte und die Winkelstellung des Rotors laufend neu zu bestimmen, insbesondere aus Signalwerten, die zu den N letzten Messzeitpunkten an unterschiedlichen Rotorpositionen erfasst wurden, wobei N im Bereich von 2 bis 50 liegt, insbesondere im Bereich von 2 bis 20 liegt und insbesondere 10 oder 15 beträgt.
10. 10. System zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend:
    • - eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor eine Anzahl von Polpaaren von Magnetpolen aufweist,
    • - eine Anzahl von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren zur Erfassung von Magnetfeldmessignalen, und
    • - eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Lagebestimmung des Rotors der elektrischen Maschine anhand der von den Magnetfeldsensoren erfassten Magnetfeldmessignale und zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die Winkelstellung des Rotors.
11. 11. System nach Ausgestaltung 10, wobei die elektrische Maschine ein Elektromotor ist, insbesondere ein Positionierantrieb oder Servomotor.
12. 12. System nach Ausgestaltung 11 ferner umfassend einen Regelungs- oder Steuerungseinheit zur Regelung oder Steuerung des Elektromotors anhand der Winkelstellungsinformation.
13. 13. System nach einer der Ausgestaltungen 10 bis 12, wobei die Magnetfeldsensoren verteilt, insbesondere gleichmäßig verteilt, um den Rotor angeordnet sind oder nur in einem Winkelabschnitt um den Rotor, insbesondere in mindestens ein Polpaar des Rotors überdeckenden Winkelabschnitt, angeordnet sind.
14. 14. System nach einer der Ausgestaltungen 10 bis 13, wobei die Magnetfeldsensoren unkalibrierte Magnetfeldsensoren sind, insbesondere Hall-Sensoren.
15. 15. Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend:
    • Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren,
    • Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und
    • Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors,
    • wobei die Bestimmung der Winkelstellung ausgestaltet ist,
      • - aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen,
      • - Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und
      • - die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.
16. 16. Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Veranlassung eines Computers, die Schritte des Verfahrens nach Ausgestaltung 15 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend: einen Messwerteingang zum Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren, eine Recheneinheit zur Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und eine Werteausgabe zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, - aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen, - Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und - die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anzahl der Magnetfeldsensoren und die Anzahl der erhaltenen Magnetfeldmessignale mindestens drei beträgt, insbesondere mehr als drei beträgt und ungeradzahlig ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, zusätzlich zu den Signalwerten der Magnetfeldmessignale eine zu dem entsprechenden Messzeitpunkt geschätzte oder bestimmte Winkelstellung des Rotors zu verwenden, insbesondere zur Unterscheidung unterschiedlicher Rotorpositionen.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, aus den erhaltenen Magnetfeldmessignalen ein Gleichungssystem aufzustellen, dessen Gleichungen aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an unterschiedlichen Rotorpositionen gebildet werden, insbesondere zur Aufstellung eines Gleichungssystems, dessen Anzahl an Gleichungen mindestens der Anzahl der Signalwerte an zwei Messzeitpunkten entspricht, und anhand des Gleichungssystems die Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, pro Magnetfeldsensor einen separaten Korrekturwert zu bestimmen.
6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Winkelstellung des Rotors zu einem Messzeitpunkt aus den Signalwerten der korrigierten Magnetfeldmessignale zu diesem Messzeitpunkt anhand einer fehlertoleranten Schätzmethode zu bestimmen.
7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Recheneinheit ausgestaltet ist, die Korrekturwerte und die Winkelstellung des Rotors laufend neu zu bestimmen, insbesondere aus Signalwerten, die zu den N letzten Messzeitpunkten an unterschiedlichen Rotorpositionen erfasst wurden, wobei N im Bereich von 2 bis 50 liegt, insbesondere im Bereich von 2 bis 20 liegt und insbesondere 10 oder 15 beträgt.
8. System zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend: - eine elektrische Maschine mit einem Rotor und einem Stator, wobei der Rotor eine Anzahl von Polpaaren von Magnetpolen aufweist, - eine Anzahl von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren zur Erfassung von Magnetfeldmessignalen, und - eine Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Lagebestimmung des Rotors der elektrischen Maschine anhand der von den Magnetfeldsensoren erfassten Magnetfeldmessignale und zur Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die Winkelstellung des Rotors.
9. Verfahren zur Lagebestimmung des Rotors einer elektrischen Maschine, umfassend: Erhalt von Magnetfeldmessignalen von mehreren um den Rotor angeordneten Magnetfeldsensoren, Bestimmung der Winkelstellung des Rotors anhand der erhaltenen Magnetfeldmessignale, und Ausgabe einer Winkelstellungsinformation betreffend die von der Recheneinheit bestimmte Winkelstellung des Rotors, wobei die Bestimmung der Winkelstellung ausgestaltet ist, - aus Signalwerten der erhaltenen Magnetfeldmessignale an mindestens zwei Messzeitpunkten Korrekturwerte für die Magnetfeldmessignale zu bestimmen, - Signalwerte der erhaltenen Magnetfeldmessignale anhand der Korrekturwerte zu korrigieren, und - die Winkelstellung des Rotors an einem Messzeitpunkt aus den korrigierten Signalwerten zu diesem Messzeitpunkt zu bestimmen.
10. Computerprogramm mit Programmcodemitteln zur Veranlassung eines Computers, die Schritte des Verfahrens nach Anspruch 9 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf dem Computer ausgeführt wird.

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