DE10135961B4 - Verfahren zum Ermitteln einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erfassen einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle, umfassend:
Festlegen einer Polzahl N eines Wechselstrom-Servomotors, wobei N eine positive gerade Zahl ist, und einer Zykluszahl n pro Wellenumdrehung in einem von einem auf magnetischer Induktion basierenden, an der Welle des Wechselstrom-Servomotors fixierten Sensor ausgegebenen Signal, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, derart, dass (N/2)/n keine rationale Zahl ist;
Verwenden eines Leistungsfaktor-Detektorsystems, um (N/2) Erregungspositionen zu finden, die bei einer Umdrehung des Wechselstrom-Servomotors an den Positionen der Magnetpole auftreten;
basierend auf den (N/2) Erregungspositionen Bestimmen jedes der n Zyklen, die pro Wellenumdrehung auftreten, einer von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor erhaltenen Detektorsignalwellenform; und
Verwenden des von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor stammenden Detektorsignals, um die Absolut-Drehstellung der Welle festzustellen.

Description

• HINTERGRUND DER ERFINDUNG
• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle mit hoher Auflösung unter Einsatz eines für magnetische Induktion empfindlichen Sensors.
• Beschreibung des Standes der Technik
• Sensoren, die für magnetische Induktion empfindlich sind, beinhalten solche, die beispielsweise in der JP H09-53909 A , JP S59-28603 A und JP S55-46862 A offenbart sind. Diese Sensoren können eine absolute Drehwinkelstellung innerhalb einer Wellenlänge eines Sensor-Ausgangssignals erfassen. Das Prinzip, auf dem dies beruht, besteht darin, dass der Winkel basierend auf der Phasendifferenz zwischen einem sich aus zwei Phasen-Sensorausgangssignalen zusammensetzenden Phasensignal und einem Sensor-Anregungssignal ermittelt wird. Die Auflösung bei der Stellungserfassung innerhalb einer Signalperiode hängt ab von der Auflösung der Signaldetektorschaltung.
• Wenn z.B. angenommen wird, dass die Signaldetektorschaltung eine Auflösung von 12 Bits habe, so kann ein auf magnetischer Induktion beruhender Sensor, der ein Signal mit einem Zyklus für eine Umdrehung der betrachteten Welle (hier als „1X-Sensor“ bezeichnet,) ausgibt, eine Absolut-Winkelstellung innerhalb einer Wellenumdrehung erfassen und lässt sich daher zur Realisierung eines 12-Bit-Absolutsensors verwenden. Die Auflösung des Sensors lässt sich dadurch steigern, dass man die von dem Sensor pro Wellenumdrehung ausgegebenen Signalzyklen erhöht.
• Beispielsweise führt eine Detektorsignalausgabe von 16 Zyklen pro Wellenumdrehung zu einer Auflösung von 12 Bits, multipliziert mit 16 (2 zur Potenz von 4), was 16 Bits bedeutet. Wenn allerdings die Auflösung auf diese Weise gesteigert wird, ist es unmöglich, die absolute Drehstellung zu erfassen, da es nicht möglich ist, unter den von dem Sensor pro Wellenumdrehung ausgegebenen 16 Zyklen einen speziellen Zyklus zu bestimmen.
• Um die Auflösung des Absolutsensors zu steigern, wird von einem Verfahren Gebrauch gemacht, das eine Kombination aus mehreren Sensoren verwendet. Beispiele beinhalten die Kombination von 1X- und Multipolar-Sensoren und die Kombination von n-Pol und (n + 1)-Pol-Multipolarsensoren. Herkömmliche Verfahren wie diese erfordern mindestens zwei Sensoren und eine Signalerfassungsschaltung für jeden Schaltkreis, was Kosten und Baugröße erhöht.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Im Hinblick auf die zum Stand der Technik gehörenden Probleme ist es ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ermitteln einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle mit hoher Auflösung anzugeben, ohne dabei die Kosten oder Baugröße einer Vorrichtung, mit der das Verfahren implementiert wird, zu erhöhen.
• Die Erfindung konzentriert sich auf ein Leistungsfaktor-Detektorsystem, welches ein Verfahren zum Feststellen der Stellung eines magnetischen Pols in einem Wechselstrom-Servomotor darstellt, und sie kombiniert eine mit Hilfe des Systems erfasste Magnetpolposition mit einem Detektorsignal, das von einem auf magnetischer Induktion beruhenden Sensor ausgegeben wird, um die Absolut-Drehstellung mit hoher Auflösung erfassen zu können.
• Namentlich schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Erfassen einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle, umfassend: Festlegen einer Polzahl N eines Wechselstrom-Servomotors (N ist eine positive gerade Zahl) und einer Zykluszahl n pro Wellenumdrehung in einem von einem auf magnetischer Induktion basierenden, an der Welle des Wechselstrom-Servomotors fixierten Sensor ausgegebenen Signal (n ist eine ganze Zahl größer oder gleich 2) derart, dass eine Beziehung a(N/2) ≠ bn (a und b sind ganze Zahlen) erfüllt ist; Verwenden eines Leistungsfaktor-Detektorsystems, um (N/2) Magnetpolpositionen zu finden, die bei einer Umdrehung des Wechselstrom-Servomotors auftreten - basierend auf den (N/2) Magnetpolpositionen; Bestimmen jedes der n-Zyklen einer von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor erhaltenen Detektorsignalwellenform, welche pro Wellenumdrehung auftreten; und Verwenden des von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor stammenden Detektorsignals, um die Absolut-Drehstellung der Welle festzustellen.
• Figurenliste
• 1 ist eine anschauliche Skizze eines Wechselstrom-Servomotorsystems, das für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann.
• 2 ist eine Signalwellenform, die die Beziehung zwischen der Erregungsposition des Wechselstrom-Servomotors und dem Detektorsignal eines 3X-Sensors veranschaulicht.
• 3 ist ein Graph, der das Erfassungsprinzip gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung einer Absolutstellung veranschaulicht.
• BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
• Im Folgenden wird anhand der 1 bis 3 das erfindungsgemäße Verfahren zum Erfassen einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle beschrieben.
• Bei einem Wechselstrom-Servomotor muss die Stellung der Magnetpole erfasst werden, um die Magnetpole des Motors mit dem Erregungs-Drehfeld zu synchronisieren. Üblicherweise ist ein als CS-Sensor bezeichneter Magnetpolsensor für diesen Zweck vorhanden. Allerdings ist bekannt, dass durch Verwendung eines Leistungsfaktor-Detektorsystems die Magnetpollage ermittelt werden kann, ohne dass man einen Magnetpolsensor verwendet. Bei diesem System wird durch die Motorspule eine Strom geleitet, der ein Drehmoment erzeugt, das zum Erfassen der Drehstellung des Rotors verwendet wird. Die Verwendung dieses Systems ermöglicht das Orten von Erregungspositionen. Das Vorhandensein der Erregungspositionen entspricht der Anzahl der Motorpole, und gestattet im Verein mit dem auf magnetischer Induktion beruhenden Sensor das Erfassen einer absoluten Drehstellung.
• Als Beispiel wird im Folgenden das Erfassungsprinzip unter Bezugnahme auf das Beispiel eines Wechselstrom-Servomotorsystems 3 erläutert, das in 1 gezeigt ist und einen achtpoligen Wechselstrom-Servomotor 1 und einen 3X-Sensor 2 enthält (einen auf magnetischer Induktion basierenden Sensor, der pro Wellenumdrehung drei Detektorsignalzyklen liefert). Wie in 2(a) gezeigt ist, erscheint bei jeder Umdrehung des Rotors viermal eine Motorspulen-Erregungsposition. Wie in 2(b) gezeigt ist, gibt der 3X-Sensor bei jeder Umdrehung des Rotors drei Detektorsignalzyklen raus, so dass es möglich ist, eine absolute Drehwinkelstellung innerhalb des. Maschinenwinkels von 120° zu erfassen.
• Wie in 3 gezeigt ist, ist es also möglich, die Lage der Erregungspositionen 1, 2, 3 und 4 aus der Sicht des 3X-Sensors zu bestimmen. Das heißt, es besteht die Möglichkeit, die Nummer jedes der drei Zyklen der Detektorsignalwellenform, die pro Wellenumdrehung ausgegeben wird, zu identifizieren. Durch Verwendung der Erregungspositionen ist es folglich möglich, einen hoch auflösenden Absolutwertsensor zu bilden, der nur einen auf magnetischer Induktion basierenden Sensor benutzt. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich dann anwenden, wenn a(N/2) ≠ bn (wobei a und b ganze Zahlen sind), wobei N die Polzahl des Wechselstrom-Servomotors und n die Anzahl der Sensorsignalzyklen pro Wellenumdrehung ist.
• Wie oben beschrieben, lässt sich bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Erfassen einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle durch Verwendung der Erregungspositionen, die unter Verwendung eines Leistungsfaktor-Detektorsystems des Wechselstrom-Servomotors erfasst werden, die absolute Drehstellung der Motorwelle mit hoher Auflösung erfassen, wobei gerade ein auf magnetischer Induktion beruhender Sensor eingesetzt wird, der pro Motorumdrehung mehrzyklische Detektorsignale erzeugt. Damit ist es möglich, einen hoch auflösenden Absolutstellungs-Sensor ohne Steigerung von Kosten und Baugröße zu erreichen.

Claims (1)

1. Verfahren zum Erfassen einer Absolut-Drehstellung einer Motorwelle, umfassend: Festlegen einer Polzahl N eines Wechselstrom-Servomotors, wobei N eine positive gerade Zahl ist, und einer Zykluszahl n pro Wellenumdrehung in einem von einem auf magnetischer Induktion basierenden, an der Welle des Wechselstrom-Servomotors fixierten Sensor ausgegebenen Signal, wobei n eine ganze Zahl größer oder gleich 2 ist, derart, dass (N/2)/n keine rationale Zahl ist; Verwenden eines Leistungsfaktor-Detektorsystems, um (N/2) Erregungspositionen zu finden, die bei einer Umdrehung des Wechselstrom-Servomotors an den Positionen der Magnetpole auftreten; basierend auf den (N/2) Erregungspositionen Bestimmen jedes der n Zyklen, die pro Wellenumdrehung auftreten, einer von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor erhaltenen Detektorsignalwellenform; und Verwenden des von dem auf magnetischer Induktion basierenden Sensor stammenden Detektorsignals, um die Absolut-Drehstellung der Welle festzustellen.

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