CN107014404B - 信号发生器和使用该信号发生器的电机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种信号发生器，具有能够围绕旋转轴线转动的转动元件并且还具有一定数量的传感器，该传感器分别输出正弦信号和余弦信号。相应的传感器的正弦信号和余弦信号相对于相应的参考方向地表征转动元件的转动位置的正弦和余弦的特性。参考方向正交于旋转轴线地定向。信号发生器具有计算单元，将正弦信号和余弦信号输送给计算单元。传感器形成一定数量的传感器组，传感器组分别具有至少两个传感器。对每个传感器组而言，参考方向彼此平行或彼此反向平行。对每个传感器组而言，相应的传感器组的传感器的正弦信号通过加法和/或减法与相应的组正弦信号关联。本发明还涉及一种该使用该信号发生器的电机。

Description

信号发生器和使用该信号发生器的电机
技术领域
本发明涉及一种信号发生器，
其中，信号发生器具有转动元件，所述转动元件能够围绕旋转轴线转动，
其中，信号发生器还具有一定的数量的传感器，
其中，传感器分别输出正弦信号和余弦信号，
其中，相应的传感器的正弦信号和余弦信号相对于相应的参考方向而言表征转动元件的转动位置的正弦和余弦的特性，
其中，参考方向正交于旋转轴线地定向，
其中，信号发生器具有计算单元，将正弦信号和余弦信号输送给计算单元。
本发明还涉及一种电机，
其中，电机具有转子和定子，
其中，转子布置在转子轴上并且具有一定的数量的极对，
其中，相对于定子位置固定地布置有信号发生器的一定的数量的传感器，
其中，在转子轴处布置有与传感器共同作用的、信号发生器的能转动的转动元件。
背景技术
在电机的面向场的调节中，需要了解电机的磁通轴的方位和/或转速(＝电角)。磁通量的定向紧密地与电机的转子的转动位置耦合。转子的转动位置对应于转子的机械角。在双极电机的情况下，转子的转动位置与用于面向场的调节相关的电角相同。然而当转子的磁极对的数量大于1时，代替于此适用如下关系
在此，表示电角，表示机械角，并且n表示转子的磁极对的数量。
在现有技术中，存在多种开头提出种类的信号发生器，其中由信号发生器的计算单元提供的角度信号与机械角相对应。传感器的数量为1。这种信号发生器的实例是基于磁阻技术(magnetoresistive Technologie)的信号发生器。
对于多种需要而言，已知的信号发生器已经相当良好地工作。然而，在一些情况下，由计算单元所确定的角度信号的精度需要提高。提高的精度尤其能够对于电机的良好的调节而言是必要的，该电机的转子具有大于1的磁极对数量。
在磁阻的信号发生器中尝试应用转动元件，所述转动元件不构造为双磁极，而是构造为四磁极或更多的极。然而在该情况下，由信号发生器检测的信号不再示出磁性转动元件的更多的极数。因此，在实际中采用其他的、通常明显更复杂的方案。
发明内容
本发明的目的在于，提出可简单实现的可行性，借助所述可行性能够以改进的精度确定角度信号。
该目的通过本发明的信号发生器来实现。
根据本发明，通过如下方式构造开头提出类型的信号发生器，
传感器形成一定的数量的传感器组，
传感器组分别具有至少两个传感器，
其中，对每个传感器组而言，传感器的参考方向彼此平行地或彼此反向平行(antiparallel)地定向，
其中，对每个传感器组而言，相应的传感器组的传感器的正弦信号由计算单元通过加法和/或减法与相应的组正弦信号关联，
其中，对每个传感器组而言，相应的传感器组的传感器的余弦信号由计算单元通过加法和/或减法与相应的组余弦信号关联，并且
其中，计算单元根据组正弦信号和组余弦信号来确定得出的正弦信号和得出的余弦信号，并且
其中，计算单元提供得出的正弦信号和得出的余弦信号以用于进一步处理，和/或通过对得出的正弦信号和得出的余弦信号进行三角函数求值来确定得出的角度信号，并且提供得出的角度信号以用于进一步处理。
在传感器的适当的设计方案中可行的是，包含在传感器的正弦信号中的偏差在将传感器信号进行加法和/或减法时进行相互补偿。由此，相应的组正弦信号和相应的组余弦信号与由传感器输出的正弦信号和余弦信号相比能够具有更高的精度。
特别地，根据传感器的布置和转动元件的设计方案可行的是，当传感器的参考方向彼此反向平行地定向时，补偿偏差因此是尤其简单的。然而，根据传感器的布置和转动元件的设计方案同样可行的是，当传感器的参考方向彼此平行地定向时，补偿偏差因此是尤其简单的。能够通过简单的实验确定的是，在个别情况下何种设计方案会是优选的。
在最简单的情况下，传感器组的数量等于1。在该情况下，得出的正弦信号与唯一的传感器组的组正弦信号相同。同样地，在该情况下，得出的余弦信号与唯一的传感器组的组余弦信号相同。
然而，在许多情况下，传感器组的数量大于1。在该情况下，不同的传感器组的传感器的参考方向分别形成角度，所述角度不等于0°或180°。角度值0°和180°显然地表示几何的机械的角度。这也适用于其他的角度值，只要下面没有明确地指出角度值是电角的话。
在该情况下，计算单元通过组正弦信号和组余弦信号的算数关联来确定得出的正弦信号和得出的余弦信号。因此执行组正弦信号和组余弦信号的加法、减法和可能还有乘法。在通常情况下不需要进行除法。所提出的计算操作结合传感器的设计相互协调，使得得出的正弦信号和得出的余弦信号和必要时还有确定的得出的角度信号具有改进的精度。由于仅必须执行简单的算数运算，对计算能力的要求相对小。
通过该设计方案，根据传感器组的数量尤其可行的是，确定角度信号，所述角度信号在转动元件围绕旋转轴线的每转(机械转动)中具有多个周期，例如为2、3、4……个周期。
当对每个传感器组而言传感器的参考方向彼此平行地定向且传感器组的数量是偶数时，传感器的参考方向形成具有180°/n的角间距的网格布置，其中n是传感器组的数量。而当对每个传感器组而言传感器的参考方向尽管彼此平行地定向然而传感器组的数量是奇数时，传感器的参考方向形成具有180°/n或360°/n的角间距的网格布置，其中n是传感器组的数量。当对每个传感器组而言传感器的参考方向彼此反向平行地定向时，传感器的参考方向与传感器组的数量是奇数或偶数无关地优选形成具有180°/n的角间距的网格布置，其中n是传感器组的数量。
在本发明的一个可行的设计方案中，对于每个传感器组而言，传感器相对于转动元件的旋转轴线而言彼此成对地在径向上相对设置。通过该设计方案，在一些情况下，在确定组正弦信号和组余弦信号的框架下优化测量误差的补偿。在本发明的另一可行的设计方案中，相对于相应的传感器组，传感器分别形成对，其中，连接相应的对的两个传感器的连接线上的中间垂直线与旋转轴线相交。
在另一设计方案中提出，计算单元提供组正弦信号中的一个组正弦信号和对应的组余弦信号以用于进一步处理，和/或通过对组正弦信号中的一个组正弦信号和对应的组余弦信号进行三角函数求值来确定另外的角度信号，并且提供另外的角度信号以用于进一步处理。通过该设计方案尤其能够实现的是，除了提供得出的正弦信号和得出的余弦信号和/或根据得出的正弦信号和得出的余弦信号而确定得出的角度信号(即电角的结果)，也共同提供机械角或基于该机械角的信号。这在调节位置的框架下能够是有利的。
优选地提出，传感器布置在唯一的芯片处。通过该设计方案，尤其能够尤其可靠地设置传感器彼此间的布置。由此也可以将各个传感器彼此靠近地设置。
优选地，计算单元也布置在芯片处。这引起的是，芯片的输出信号在该方案中与在现有技术中的芯片中相同，然而其中以根据本发明的方式处理传感器的正弦信号和余弦信号。
如已经提及的那样，可行的是，在转动元件的转动位置变化的情况下，得出的正弦信号和得出的余弦信号的变化与转动元件的转动位置变化的整数倍的变化相对应。通过该设计方案，尤其能够直接地提供角度信号，所述角度信号的周期性与电机的转子的磁极对的数量相协调，其电驱控利用角度信号来执行。
传感器所基于的技术能够根据需要决定。现在优选的是，传感器构造为磁阻的传感器。例如，传感器能够基于GMR(巨磁阻)效应、AMR(异向磁阻)效应、TMR(穿隧磁阻)效应或其他磁阻效应。
该目的还通过本发明的电机来实现。
根据本发明，在开头提出类型的电机中，根据本发明地构造信号发生器。
优选地，信号发生器与电机相协调，在转子以一定的转速转动时，在提供得出的正弦信号和得出的余弦信号的情况下，通过计算单元改变得出的正弦信号和得出的余弦信号，并且在提供得出的角度信号的情况下，通过计算单元以一定是频率改变得出的角度信号，并且由计算单元提供的信号的频率与转子的转速的商等于转子的极对的数量。
附图说明
本发明的上述特性、特征和优点以及如何实现其的方式和方法结合下面描述的实施例变得更加清楚易懂，所述实施例结合附图详细阐述。在此，以示意图示出：
图1示出电机和根据本发明的信号发生器的立体透视图，
图2示出穿过图1的电机的剖面图，
图3示出穿过图1的电机的转子的横截面，
图4示出传感器的示意图，
图5示出正弦信号和余弦信号的示意图，
图6示意性地示出信号发生器的方框图，
图7示出具有两个传感器的信号发生器，
图8示出具有四个传感器的信号发生器，
图9示出具有三个传感器的信号发生器，
图10示出具有三个传感器的另外的信号发生器，
图11示出具有一个传感器组的信号发生器，
图12示出具有两个传感器组的信号发生器，
图13示出具有四个传感器组的信号发生器，
图14示出具有三个传感器组的信号发生器，
图15示出具有三个传感器组的另外的信号发生器，
图16示出具有两个传感器组的另外的信号发生器，
图17示出具有三个传感器组的另外的信号发生器，以及
图18示出具有四个传感器组的另外的信号发生器。
具体实施方式
下面，结合图1至3中示意性地示出的电机1阐述本发明，所述电机具有在图1中同样示出的信号发生器2，因为这是最常用的应用情况。然而，就信号发生器2而言，其也能够使用在其他的应用中。
根据图1和2，电机1具有转子3和定子4。转子3设置在转子轴5上，所述转子轴本身可转动地支承在轴承6中。转子轴5与其转子4因此能够围绕旋转轴线7转动。转子3根据图3中的图具有多个极对。在图3中示出四个极8，即两个极对。然而，极对的数量也能够是1或大于2，例如三个极对、四个极对等。
信号发生器2的传感器部件相对于定子4位置固定地设置。特别地，信号发生器2的传感器部件通常设置在电机1的轴承盖上。将信号发生器2的转动元件9设置在转子3处。转动元件9位置固定地设置在转子轴5处。因此，所述转动元件连同转子3一起转动。转动元件9与信号发生器2的传感器部件共同作用。
特别地，信号发生器2的传感器部件具有一定数量的传感器10。在图1中示出唯一的传感器10。然而通常，在本发明的范围内，存在多个这种传感器10。
下面，结合图4和5首先阐述单一的传感10的工作方式。然而，相应的实施方案适用于全部的传感器10。只要下面还仅涉及单一的传感器10或者其为哪一个传感器10是不重要的，就仅仅应用附图标记10。只要在不同的传感器10之间进行区分，就相应地对附图标记10进行补充。例如，在该情况下提出传感器10a，10b等，或可能还有10，10'。
传感器10输出两个信号x，y。相对于相应的参考方向11，一个信号x表征转动元件9的转动位置α的余弦。因此，信号x下面称作为余弦信号。类似地，信号y表征转动元件9的转动位置α的正弦。因此，信号y下面称作为正弦信号y。参考方向11正交于旋转轴线7地定向。
只要在下面涉及唯一的传感器10的信号x，y或哪个传感器10输出相应的信号x，y是不重要的，就仅应用附图标记x，y。只要必须在不同的传感器10的信号之间进行区分，就分别对附图标记x，y(类似于传感器的附图标记10)添加补充。例如，在余弦信号中提出信号xa，xb等，或可能还有x，x'。类似的实施方案适用于正弦信号y。
原则上，传感器10能够基于任意的技术，所述技术提供前述结果。然而在多种情况下，传感器10构造为磁阻传感器。特别地，该设计方案当前是优选的。在该情况下，转动元件9构造为双磁极，所述双磁极的磁化轴线相对于旋转轴线7正交地延伸。
在作为磁阻的传感器10的设计方案中，传感器10根据图4中的图具有两个H形桥件12，所述H形桥件分别具有四个电阻13。两个H形桥件中的一个提供正弦信号y，另一个提供余弦信号x。在图4中，将箭头绘入电阻13中。当关于电阻13中的一个所测量的磁场的方向平行于其箭头方向延伸时，相应的电阻13就具有最小的电阻。当所测量的磁场的方向相对于箭头反向平行地延伸时，那么相应的电阻13具有最大电阻。所述设计方案对于本领域技术人员是普遍已知的。其例如在从英飞凌(Infineon)公司获得的传感器芯片TLE5012B中实现，并且也在对应的技术手册中阐述。
根据图6，信号发生器2还具有计算单元14。计算单元14具有至少一个算数单元15和角度确定装置16。传感器10的正弦信号y和余弦信号x输送给计算单元14。在图6中，在此示出多个传感器10的正弦信号y和余弦信号x。
计算单元14借助于算数单元15通过传感器10的正弦信号y和余弦信号x的算术关联来确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR。特别地，在算数单元15中为了确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR进行传感器10的正弦信号y和余弦信号x的加法、减法和乘法。通常不需要除法。在算数单元15中不进行其他的计算操作。
得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR能够由计算单元14提供用于进一步处理。例如，得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR能够输出给控制装置17(参见图2)，其通过对得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR进行三角函数求值来确定得出的角度信号αR，并且基于此，确定变流器单元18的驱控，其为定子4供应电能。
通常，计算单元14除了算数单元15之外具有角度确定装置16。在该情况下，这两个得出的信号yR，xR由算数单元15传输给角度确定单元16。计算单元14借助于角度确定单元16通过得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR的三角函数求值来确定得出的角度信号αR。得出的角度信号αR在该情况下由计算单元14提供用于进一步处理。例如，得出的角度信号αR(参见图2)能够输出给控制装置17。角度确定单元16的结构和作用方式对于本领域技术人员是普遍已知的。特别地，在考虑这两个得出的信号yR，xR的符号的情况下能够确定象限，得出的角度信号αR必须处于所述象限中。此外，在该象限之内能够通过如下关系式中的一个
αR＝arctan(yR/xR) (2)
αR＝arccot(xR/yR) (3)
或同等的方法确定得出的角度信号αR的数值。得出的角度信号αR在单独情况下能够与机械角、即转动元件9的转动位置相对应。然而，在多种情况下，其是机械角的整数倍。
通常，由计算单元14提供得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR或得出的角度信号αR用于进一步处理。然而不排除的是，由计算单元14提供得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR还有得出的角度信号αR用于进一步处理。
下面，结合最小配置方案(唯一的传感器10，所述传感器输出正弦信号y和余弦信号x)阐述本发明的可行的简单的方法，借助所述方法能够实现，得出的角度信号αR是机械角的整数倍。此后，结合其附图7至10阐述更复杂的设计方案。该最小配置方案还有根据图7至10的设计方案本身不是本发明的主题。然而，阐述这些设计方案，因为以图7至10的设计方案构建根据本发明的设计方案中的多个方案。
假设在转子3围绕其旋转轴线7旋转了(机械的)基础角α的情况下，得出的角度信号αR应对应于基础角α的双倍。在该情况下，得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR必须反应该事实。因此，适用的是
xR＝cos(2α) (4)
yR＝sin(2α)。 (5)
因此，从正弦和余弦的普遍已知的加法定理中得出，在算数单元15中必须执行计算
xR＝x·x-y·y (6)
yR＝2·x·y。 (7)
当进行前述计算时，得出的角度信号αR本身得到期望的结果。
在最小配置方案中，如上述实施的那样，存在唯一的传感器10。然而通常，传感器10的数量大于1。这通常在确定得出的信号yR，xR和αR时产生改进的精度。
在根据图7的设计方案的情况下，信号发生器2例如具有两个传感器10a，10b。传感器10a，10b的参考方向11根据图7形成角度β。该角度β在根据图7的设计方案中为90°。在另外的设计方案的范围中，角度β能够不同于90°。然而因此总是适用的是，角度β不同于0°和180°。
在图7的设计方案的情况下，计算单元14(更确切地说：算数单元15)优选如下通过正弦信号ya，yb和余弦信号xa，xb的算数关联来确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR：
xR＝-xa·yb-ya·xb (8)
yR＝-ya·yb+xa·xb。 (9)
因此，类似于在最小配置方案中的方法，在转子3围绕其旋转轴线7转动了(机械的)基础角α的情况下，得出的角度信号αR对应于基础角α的双倍。然而由于应用多个传感器10a，10b，能够以改进的精度进行确定。理论上，在根据图7的设计方案中也能够确定比两倍更高倍数的基础角α。然而，通常这导致相对大的误差。
图8示出另一信号发生器2和其传感器10。在根据图8的设计方案中，存在四个传感器10a至10d。在图8的设计方案中，根据考虑的传感器10，角度β为-45°、90°或135°。
在根据图8的设计方案的范围中，算数单元15优选如下地通过正弦信号ya至yd和余弦信号xa至xd来确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR：
首先，算数单元15确定中间信号xZ1、xZ2、yZ1、yZ2，根据如下关系式确定
xZ1＝-xa·yc+ya·xc (10)
xZ2＝-xb·yd-yb·xd (11)
yZ1＝-ya·yc-xc·xa (12)
yZ2＝-yb·yd+xd·xb。 (13)
因此，算数单元15借助中间信号xZ1、xZ2、yZ1、yZ2根据如下关系式确定这两个得出的信号xR，yR：
xR＝-xZ1·yZ2-yZ1·xyZ2 (14)
yR＝-yZ1·yZ2+xZ2·xZ1。 (15)
因此，在根据图8的设计方案中，在转子3围绕其旋转轴线7转动了(机械的)基础角α的情况下，得出的角度信号αR对应于基础角α的多倍。由于应用多个传感器10a至10d能够以高的精度进行确定。
类似地，通过利用相应更高数量的传感器10结合相应更复杂的算数预求值在算数单元15中也还以高的精度确定更高整数倍的基础角α。
根据图7和8中的图，对于传感器10的定向或布置而言，在传感器10的数量是偶数的情况下，适用的是，传感器10的参考方向11形成具有180°/n的角间距的网格布置。在此，n是传感器10的数量。
当传感器10的数量是奇数时，传感器10的参考方向11同样能够形成具有180°/n的角间距的网格布置，其中n还是传感器的数量。图9示出在三个传感器10a，10b，10c的情况下的相应的设计方案。替选地，在传感器10的数量为奇数的情况下可行的是，传感器10的参考方向11同样能够形成具有360°/n的角间距的网格布置。这在图10中示出。
在根据图9的设计方案的情况下，算数单元15优选根据如下关系式
xR＝-4·xa·xb·xc (16)
yR＝4·ya·yb·yc (17)
确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR。系数4原则上能够被忽略，因为为了确定角度αR仅需要这两个得出的变量xR，yR的和其商的符号。
在根据图9的设计方案中，因此，在转子3围绕其旋转轴线7转动了(机械的)基础角α的情况下，得出的角度信号αR对应于基础角α的三倍。由于应用多个传感器10能够以高的精度进行确定。
在根据图10的设计方案中，在公式16和17中相应地改变符号，然而原理上的确定方式是相同的。
上面结合图9和10阐述的方法也能够扩展到更高的奇数数量的传感器10。例如对于五个传感器10a至10e而言，为了确定五倍的基础角α得到如下关系
xR＝16·xa·...·xe (18)
yR＝16·ya·...·ye。 (19)
在此，也类似于公式16和17地原理上能够忽略系数16。
通常，由计算单元14仅提供得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR和/或得出的角度信号αR用于进一步处理。然而可行的是，计算单元14除了所提出的得到的信号yR，xR，αR之外也提供传感器10中的一个的正弦信号y和余弦信号x用于进一步处理。还可行的是，通常根据图6中的图除了角度确定单元16之外然而例外地也在不存在角度确定单元16的情况下，计算单元14具有另一角度确定单元16’。当存在另一角度确定单元16’时，将传感器10中的一个的正弦信号y和余弦信号x输送给该另一角度确定单元16’。该另一角度确定单元16’在该情况下通过对所述正弦信号y和所述余弦信号x的三角函数求值来确定另一角度信号α，所述另一角度信号(在确定精度的范围内)与基础角度一致。另一角度信号α在该情况下由计算单元14同样提供用于进一步处理。角度确定单元16’的结构和作用方式类似于角度确定单元16的结构和作用方式。类似于得出的信号yR，xR，αR彼此的关系，通常传感器10中的一个传感器的正弦信号y和余弦信号x或另一角度信号α提供用于进一步处理。然而，也能够提供全部三个信号y，x，α。
现在，图11示出根据本发明的一个可行的设计方案。在根据图11的设计方案的情况下，信号发生器2具有(至少)两个传感器10，其下面称作为传感器10和传感器10'。传感器10，10'形成传感器组19。传感器组19的传感器10，10'分别具有参考方向11，11'。根据图11，参考方向11，11'彼此反向平行地定向。优选地，在该情况下，这两个传感器10，10'优选也关于旋转轴线7彼此在径向上设置。该设计方案(反向平行的定向和优选还在径向上相对设置)通常是优选的。
在图11的设计方案中，传感器组19的传感器10，10'的正弦信号y，y'由计算单元14(更确切地说，由算数单元15)通过减法组合成组正弦信号yG。传感器组19的传感器10，10'的余弦信号x，x'类似地通过减法组合成组余弦信号xG。因此，算数单元15实施如下的运算操作：
xG＝x-x' (20)
yG＝y-y'。 (21)
替选地，传感器10，10'的参考方向11，11'能够平行地设置。在该情况下，传感器10，10'例如参见图13优选设置成，使得连接两个传感器10，10'的连接线上的中间垂直线与旋转轴线7相交。当传感器10，10'的参考方向11，11'平行地定向时，传感器10'因此例如能够相对于图11向左移动，直至所述传感器设置在传感器10上方为止。如果参考方向11，11'彼此平行地定向、即相同地定向时，形成正弦信号y，y'的总和和余弦信号x，x'的总和。
计算单元14根据组余弦信号xG和组正弦信号yG确定得出的余弦信号xR和得出的正弦信号yR。在图11的设计方案的范围中，在相应的组信号xG，yG和相应的得出的信号xR，yR之间存在一致性。
通过根据图11的设计方案，在许多情况下能够确定得出的信号xR，yR，所述信号具有显著提高的精度。因此，得出的角度信号αR在图11的设计方案的情况下，甚至(在确定精度的范围内)与基础角α相同。然而，(计算确定的)得出的角度信号αR以更好的精度描述实际的基础角α。
根据图11中的图，两个传感器10，10'从旋转轴线7观察在径向上设置。因此，两个传感器10，10'彼此的(假设的)连接线会与旋转轴线7相交。传感器10，10'相对彼此在径向上的设置通常是有利的，然而不是强制必需的。还可行的是，传感器组19包括多于两个传感器10，10'，其中分别将传感器10中的两个传感器的正弦信号y或余弦信号x相加，并且将两个中间结果彼此相减。
图11的基础的根据本发明的设计方案类似地能够应用在结合图7至10阐述的设计方案中。仅需要将结合图7至10所述传感器10a至10e别通过相对应的传感器组19a至19e取代。在该情况下，对于每个传感器组19，适用的是在上面结合图11得出的结论。特别地，在该情况下，不同的传感器组19的传感器10的参考方向11形成角度β，所述角度不同于0°和180°。根据传感器组19的数量是否为奇数或偶数并且每个传感器组19的传感器10的参考方向11是否彼此平行或彼此反向平行地定向，在此优选不同的情况。得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR因此在该情况下由计算单元14(更确切地说，由算数单元15)通过组正弦信号yG和组余弦信号xG的算数关联确定。
如果根据图12中的图，对每个传感器组19而言传感器10，10'的参考方向11，11'彼此平行地定向并且传感器组19的数量是偶数(根据图12中的示出存在两个传感器组19，即n＝2)，那么传感器10，10'的参考方向11，11'形成具有90°＝180°/2的角间距β。类似地，传感器10，10'的参考方向11，11'根据图13在四个传感器组19的情况下形成具有45°＝180°/4的角间距β。
当根据图14中的图对每个传感器组19而言传感器10，10'的参考方向11，11'尽管彼此平行地定向，而传感器组19的数量却是奇数(根据图14中的示出存在三个传感器组19，即n＝3)，那么传感器10，10'的参考方向11，11'形成具有60°＝180°/3的角间距β。类似地，然而替选地，根据图15中同样简化的图同样可行的是，传感器10，10'的参考方向11，11'形成具有120°＝180°/3的角间距β。
相反，当对每个传感器组19而言传感器10，10'的参考方向11，11'彼此反向平行地定向时，传感器10，10'的参考方向11，11'形成具有180°/n的角间距β，其中n是传感器组19的数量。图16示出这对于两个传感器组19的情况，图17示出对于三个传感器组19的情况并且图18示出对于四个传感器组19的情况。
根据图16至18，对每个传感器组19而言，传感器10，10'相对于转动元件9的旋转轴线7的方向彼此成对地在径向上相对设置。当传感器组19的传感器10，10'的参考方向11，11'彼此反向平行地定向时，该设计方案因此通常是尤其有意义的。即使传感器组19的传感器10，10'的参考方向11，11'彼此平行地定向，该设计方案也能够是有意义的。然而在该情况下，可能的是，替选地还能够有意义的是，传感器组19的传感器10，10'相对于转动元件9的旋转轴线7彼此错开地设置。
因此，在对由传感器10，10'所提供的信号x，x'，y，y'的求值的框架下仅需要的是，首先通过加法和/或减法在传感器组19之内确定相应的组正弦信号yG和相应的组余弦信号xG，并且随后，基于组正弦信号yG和组余弦信号xG，执行上面结合图7至10阐述的计算。
类似于上面结合图7至10阐述的方法，由计算单元14仅提供得出的角度信号αR。如果存在另一角度确定单元16'，那么将传感器组19中的一个的组正弦信号yG和组余弦信号xG输送给另一角度确定单元16'。在该情况下，另一角度确定单元16'通过组正弦信号yG和组余弦信号xG的三角函数求值来确定另一角度信号α并且提供其用于进一步处理。
传感器10根据图6中的图尤其能够布置在唯一的芯片20处。在芯片20上同时也能够共同布置计算单元14。
如上面详细描述的那样，在转动元件9的转动位置α变化的情况下，得出的余弦信号xR和得出的正弦信号yR的相对应的变化或者由计算单元14确定的且提供用于进一步处理的得出的角度信号αR的相对应的变化对应于转动元件9的转动位置α的变化的整数倍。这在上面针对两倍至五倍方案详细地进行了阐述。然而更高的倍数也是可行的。
通过信号发生器2的根据本发明的设计方案因此尤其可行的是，在转子3以一定转速转动时，由计算单元14所确定和提供的得出的角度信号αR以一定频率变化，其中由计算单元14所确定和提供的得出的角度信号αR的频率与转子3的转速的商等于极对的数量。类似的事实也适用于得出的余弦信号xR和得出的正弦信号yR。在这两个情况下，仅必须进行对正弦信号y和余弦信号x的适当的算数预求值。
因此，综上所述，本发明涉及如下事实：
一种信号发生器2，具有转动元件9，所述转动元件能够围绕旋转轴线7转动，并且还具有一定数量的传感器10，所述传感器分别输出正弦信号y和余弦信号x。相应的传感器10的正弦信号y和余弦信号x相对于相应的参考方向11地表征转动元件9的转动位置α的正弦和余弦的特性。参考方向11正交于旋转轴线7地定向。信号发生器2具有计算单元14，将正弦信号y和余弦信号x输送给计算单元。传感器10形成一定数量的传感器组19，传感器组分别具有至少两个传感器10，10'。每个传感器组19的参考方向11，11'彼此平行或彼此反向平行。对每个传感器组19而言，相应的传感器组19的传感器10，10'的正弦信号y，y'通过加法和/或减法与相应的组正弦信号yG关联。类似地适用于余弦信号x，x'。计算单元14根据组正弦信号yG和组余弦信号xG确定得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR。计算单元提供得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR用于进一步处理。替选地或附加地，计算单元14通过对得出的正弦信号yR和得出的余弦信号xR进行三角函数求值来确定得出的角度信号αR并且提供得出的角度信号αR用于进一步处理。
本发明具有多种优点。特别地，其能够以节约空间和成本适宜的方式实现并且提供良好的结果。特别仅产生极小的偏差并且此外改善了信号噪声关系。
尽管详细地通过优选的实施例阐述和描述本发明，然而不通过所公开的实例来限制本发明，并且能够由本领域技术人员从中导出其他的变型形式，而没有脱离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种信号发生器(2)，
其中，所述信号发生器具有转动元件(9)，所述转动元件能够围绕旋转轴线(7)转动，
其中，所述信号发生器具有一定的数量的传感器(10)，
其中，所述传感器(10)分别输出正弦信号(y)和余弦信号(x)，
其中，相应的所述传感器(10)的所述正弦信号(y)和所述余弦信号(x)相对于相应的参考方向(11)而言表征所述转动元件(9)的转动位置(α)的正弦和余弦的特性，
其中，所述参考方向(11)正交于所述旋转轴线(7)地定向，
其中，所述信号发生器具有计算单元(14)，给所述计算单元输送所述正弦信号(y)和所述余弦信号(x)，
其中，所述传感器(10)形成一定的数量的传感器组(19)，
其中，所述传感器组(19)分别具有至少两个传感器，
其中，对每个所述传感器组(19)而言，所述传感器的所述参考方向彼此平行地或彼此反向平行地定向，
其中，对每个所述传感器组(19)而言，相应的所述传感器组(19)的所述传感器的正弦信号由所述计算单元(14)通过加法和/或减法与相应的组正弦信号(yG)关联，
其中，对每个所述传感器组(19)而言，相应的所述传感器组(19)的所述传感器的余弦信号由所述计算单元(14)通过加法和/或减法与相应的组余弦信号(xG)关联，
其中，所述计算单元(14)根据所述组正弦信号(yG)和所述组余弦信号(xG)来确定得出的正弦信号(yR)和得出的余弦信号(xR)，并且
其中，所述计算单元(14)提供所述得出的正弦信号(yR)和所述得出的余弦信号(xR)以用于进一步处理，和/或通过对所述得出的正弦信号(yR)和所述得出的余弦信号(xR)进行三角函数求值来确定得出的角度信号(αR)，并且提供所述得出的角度信号(αR)以用于进一步处理。
2.根据权利要求1所述的信号发生器，其特征在于，所述传感器组(19)的数量大于1，不同的所述传感器组(19)的所述传感器的所述参考方向分别形成角度，所述角度不等于0°或180°，并且所述计算单元(14)通过所述组正弦信号(yG)和所述组余弦信号(xG)的算数关联来确定所述得出的正弦信号(yR)和所述得出的余弦信号(xR)。
3.根据权利要求2所述的信号发生器，其特征在于，对每个所述传感器组(19)而言，所述传感器的所述参考方向彼此平行地定向，所述传感器组(19)的数量是偶数，并且所述传感器的所述参考方向形成具有180°/n的角间距(β)的网格布置，其中n是所述传感器组(19)的数量。
4.根据权利要求2所述的信号发生器，其特征在于，对每个所述传感器组(19)而言，所述传感器的所述参考方向彼此平行地定向，所述传感器组(19)的数量是奇数，并且所述传感器的所述参考方向形成具有180°/n或360°/n的角间距(β)的网格布置，其中n是所述传感器组(19)的数量。
5.根据权利要求2所述的信号发生器，其特征在于，对每个所述传感器组(19)而言，所述传感器的所述参考方向彼此反向平行地定向，并且所述传感器的所述参考方向形成具有180°/n的角间距(β)的网格布置，其中n是所述传感器组(19)的数量。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的信号发生器，其特征在于，对于每个所述传感器组(19)而言，所述传感器相对于所述转动元件(9)的旋转轴线(7)而言彼此成对地在径向上相对设置，或者分别形成对，其中，连接相应的对的两个所述传感器的连接线上的中间垂直线与所述旋转轴线(7)相交。
7.根据权利要求2至5中任一项所述的信号发生器，其特征在于，所述计算单元(14)提供所述组正弦信号(yG)中的一个组正弦信号和对应的所述组余弦信号(xG)以用于进一步处理，和/或通过对所述组正弦信号(yG)中的一个组正弦信号和对应的所述组余弦信号(xG)进行三角函数求值来确定另外的角度信号，并且提供所述另外的角度信号以用于进一步处理。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的信号发生器，其特征在于，所述传感器(10)布置在唯一的芯片(20)处。
9.根据权利要求8所述的信号发生器，其特征在于，所述计算单元(14)也布置在所述芯片(20)处。
10.根据权利要求1至5中任一项所述的信号发生器，其特征在于，在所述转动元件(9)的所述转动位置(α)变化的情况下，所述得出的正弦信号(yR)的和所述得出的余弦信号(xR)的变化与所述转动元件(9)的所述转动位置(α)变化的整数倍的变化相对应。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的信号发生器，其特征在于，所述传感器(10)设计为磁阻的传感器。
12.一种电机，
其中，所述电机具有转子(3)和定子(4)，
其中，所述转子(3)布置在转子轴(5)上并且具有一定的数量的极对，
其中，相对于所述定子(4)位置固定地布置有根据权利要求1至11中任一项所述的信号发生器(2)的一定的数量的传感器(10)，
其中，在所述转子轴(5)处布置有与所述传感器(10)共同作用的、所述信号发生器(2)的能转动的转动元件(9)。
13.根据权利要求12所述的电机，其特征在于，在所述转子(3)以一定的转速转动时，在提供得出的正弦信号(yR)和得出的余弦信号(xR)的情况下，通过所述计算单元(14)改变所述得出的正弦信号(yR)和所述得出的余弦信号(xR)，并且在提供得出的角度信号(αR)的情况下，通过所述计算单元(14)以一定的频率改变所述得出的角度信号(αR)，并且由所述计算单元(14)提供的信号的频率与所述转子(3)的转速的商等于所述转子(3)的极对的数量。
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