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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Positions- und Abnormitätserfassungsvorrichtung
und insbesondere einen Drehmelder (Resolver) zur Erfassung einer
Position oder eine Vorrichtung zur Erfassung der Drehposition wie
die eines Synchro und ganz besonders eine Positions- und Abnormitätserfassungsvorrichtung
zur Erfassung der Position eines Motors zum Antrieb eines bürstenlosen
Motors.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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7 zeigt
ein herkömmliches
Positionserfassungsgerät
dieses Typs, wie offenbart in z. B.
JP 9-126809 oder
dem entsprechenden Dokument
US
5 710 509 . Bezüglich
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7,
wird beispielsweise in einen aus einem Drehmelder hergestellten
Positionssensor 10 ein Anregungssignal (sinωt) eingegeben,
das eine Sinuswellen-Spannung zur Anregung aus einem Oszillier-Schaltkreis 22 ist,
der das Anregungssignal auf Basis der Uhr eines Zählwerks 12 erzeugt.
Der Positionssensor 10 gibt Induktionssignale sin θsin(ωt ± α) und cosθsin(ωt ± α) aus, die
aus der Amplituden-Modulierung
des Anregungssiognals cos θ und
sin θ in Reaktion
auf die. Drehposition θ resultieren.
Hierin stellt α einen
Phasenschwankungsfehler des Ausgabesignals zum Anregungssignal dar,
welcher wegen dem Weg aus den Positionssensor 10 zu einem
Positionserfassungs-Schaltkreis oder wegen der Temperaturänderung
einer Positionssensor-Wicklung entsteht.
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Weist
ein Ausgabesignal sinθsin(ωt ± α) eine Phase
auf, die durch einen Phasenverschiebungs-Schaltkreis 14 um
einen gegebenen Wert von 90° verschoben
ist, wird das Ausgabesignal eine Phasenverschobene Ausgabe sinθcos(ωt ± α). Das phasenverschobene
Signal und ein weiteres Ausgabesignal cosθsin(ωt ± α) aus dem Positionssensor 10 werden
mittels eines Addier-Schaltkreises addiert, um ein Additionssignal
sin(ωt
+ θ ± α) auszugeben. Ebenso
werden das Phasenverschobene Signal und ein weiteres Ausgabesignal
cosθsin(ωt ± α) das aus dem
Positionssensor 10 ausgegeben wird, mittels eines Subtahier-Schaltkreises
voneinander subtrahiert, um ein Subtraktionssignal sin(ωt – θ ± α) auszugeben.
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Das
Anregungssignal (sinωt),
das ein Bezugssignal ist, wird gezählt, bezogen auf ein Zählwerk 12.
D. h., da das Anregungssignal als 1 Periode von 0 bis 360° gezählt wird,
wird ein Null-Schnittpunkt des Additionssignals sin(ωt ± θ ± α) durch einen Null-Schnittpunkt-Erfassungsschaltkreis 17 erfasst, und
Daten D1, die mittels eines Signalspeicher-Schaltkreises 19 gespeichert
sind, werden +θ ± α. Ebenso
wird der Null-Schnittpunkt des Subtraktionssignals sin(ωt – θ ± α) durch den
Null-Schnittpunkt-Erfassungsschaltkreis 18 erfasst, und
Daten D2, die im Signalspeicher-Schaltkreis 20 gespeichert sind,
werden –θ±α. Außerdem wird
in einem Fehlerberechnungs-Schaltkreis 21 (D1 + D2)/2 = α, wie oben
beschrieben. Daher kann der Phasenschwankungsfehler ±α berechnet
werden. Von den Daten D1 wird der Phasenschwankungsfehler ±α mittels
des Subtrahier-Schaltkreises 22 subtrahiert,
wodurch θ erhalten
wird, und es wird auch die Position θ herausgenommen, aus der der
Phasenschwankungsfehler ±α entfernt
ist.
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Weil
die herkömmliche
Positionserfassungsvorrichtung gemäß
JP 9-126809 oder
US 5 701 509 wie oben beschrieben
strukturiert ist, wird, wenn die Positionserfassungsvorrichtung
aus irgendeinem Grund versagt, insbesondere wenn der Phasenverschiebungs-Schaltkreis
14 versagt
und die Phase nicht verschoben wird, das Additionssignal sinθsin(ωt ± α) + cosθsin(ωt ± α) = (sinθ + cosθ) sin(ωt ± α), und das
Subtraktionssignal wird sinθsin(ωt ± α) – cosθsin(ωt ± α) = (sinθ – cosθ) sin(ω ± α). Daher
werden die Daten D1 zu ±α oder zu
180° ±α, außer dass θ 135° oder 315° beträgt, und
auch die Daten D2 werden ±α oder 180° ±α, außer dass θ 45° oder 225° beträgt. Daher
erfasst θ jedes ±α, 90° ± α, 180° ± α und 270° ± α. Zur einfachen
Beschreibung ist, wenn α = 0,
die Beziehung zwischen der Ursprungsposition (z. B. einer Motorrotationsposition)
und der erfassten Position in
8 dargestellt.
Der Fehler wird maximal 135°,
und bei Verwendung der Vorrichtung als Erfassungsvorrichtung für eine Motorrotationsposition
zum Antrieb einer bürstenlosen
Synchronmaschine kann eine Fehlfunktion auftreten, so dass die Vorrichtung
die Synchronmaschine in zur normalen Antriebsrichtung entgegengesetzter
Richtung antreibt. Zur Verhinderung dieses Nachteils ist vorgeschlagen worden,
dass zwei Positionserfassungsvorrichtungen angewandt und zwei Erfassungsergebnisse
miteinander verglichen werden, um zu beurteilen, ob eine Fehlfunktion
auftritt oder nicht. Da bei diesem Vorschlag zwei Positionserfassungsvorrichtungen
erforderlich sind, wird dies teuer.
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Auch
wird, zur Berechnung der Position θ, weil der Phasenschwankungsfehler ±α zu berechnen und
dann Berechnungen zusätzlich
zum Positionsschwankungsfehler erforderlich sind, die Struktur des Schaltkreises
kompliziert und teuer.
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EP 0 748 054 beschreibt
ein Verfahren zur digitalen Drehwinkelerfassung, bei dem ein Resolver und
zwei Phasenverschiebungsschaltkreise verwendet werden, um eine stabile
digitale Winkelinformation zu erhalten, auch wenn die Signale durch
Bauteilschwankungen beeinträchtigt
werden. Dazu werden die beiden Ausgangssignale des Resolvers jeweils um –90° in der Phase
verschoben, um nach Addition bzw. Subtraktion und weiterer Multiplikation
mit einem Referenzsignal ein Synthese-Signal zu bilden, anhand dessen
der Drehwinkel bestimmt werden kann.
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In
US 3 851 330 ist ein Schaltkreis
zur Umsetzung der Winkelposition eines Resolvers in eine Phasenverschiebung
einer Trägerwelle
offenbart. Der Schaltkreis benötigt
dabei nur ein einziges Blindelement, das den beiden Addierern vorgeschaltet
ist. Die Ausgangssignale der Addierer werden verwendet, um die Winkelposition
des Resolvers zu bestimmen, wobei der Fehler durch Bauteilschwankungen minimiert
wird, weil nur ein einziges Blindelement verwendet wird.
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JP 11-337373 beschreibt
ein System zur Bestimmung der Winkelposition mit Hilfe eines Resolvers
und zweier R/D-Wandler,
wobei der Resolver mehrere Anregungs- und Ausgangswicklungen enthält, um die
Größe und das
Gewicht zu reduzieren. Mit Hilfe einer Diagnosevorrichtung kann
eine Abnormalität
des Drehwinkels festgestellt und ein Alarmsignal generiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung wurde zur Lösung der obigen Probleme durchgeführt, und
daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Positionserfassungsvorrichtung
bereitzustellen, bei der die Folgen eines Versagens minimiert sind,
sogar wenn der Phasenverschiebungs-Schaltkreis versagt, und die
eine Abnormität
der Positionserfassung feststellen kann.
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Diese
Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch
eine Positionserfassungsvorrichtung mit einer Schaltung zur Minimierung
der Folgen eines Versagens, umfassend: einen Positionssensor (10),
der ein Anregungssignal mit einer gegebenen Perioden-Wellenform
empfängt
und ein erstes amplitudenmoduliertes Signal, das gemäß einer
erfassten Position aus einer ersten Ausgabe-Wicklung induziert wird, und
ein zweites amplitudenmoduliertes Signal ausgibt, das gemäß einer
erfassten Position aus einer zweiten Ausgabe-Wicklung induziert wird; ein erstes Phasenverschiebungselement
(23) zur elektrischen Phasenverschiebung des ersten amplitudenmodulierten
Signals um einen gegebenen Winkel; ein zweites Phasenverschiebungselement
(24) zur elektrischen Phasenverschiebung des zweiten amplitudenmodulierten
Signals um einen gegebenen Winkel, wobei die Phase im ersten Phasenverschiebungselement
(23) gegenüber
der Phase im zweiten Phasenverschiebungselement (24) um
einen Winkel von 90° verschoben
ist; ein Umwandlungselement (15, 16) zur Umwandlung
des aus dem ersten Phasenverschiebungselement ausgegebenen Signals
und des aus dem zweiten Phasenverschiebungselement ausgegebenen
Signals in ein phasenmoduliertes Signal; und ein Berechnungselement
(17 bis 22) zum Erhalt der Phase des phasenmodulierten
Signals, das aus dem Umwandlungselement ausgegeben wird, als Grundlage
für den
Erhalt der erfassten Position.
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Das
Berechnungselement vermag eine Phasendifferenz zwischen dem Anregungssignal
und dem Phasen-modulierten Signal zum Erhalt der erfassten Position
nachzuweisen und zu erfassen.
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Diese
und weitere Gegenstände,
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Durchsicht
der nun folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen
noch klarer und deutlicher erkennbar.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft auch eine Erfassung einer Abnormität der Positionserfassung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In
den beigefügten
Zeichnungen ist dargestellt:
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1 ist
eine Strukturdarstellung, die die Struktur einer Positionserfassungsvorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
ein Erklärungsdiagramm,
das die Ergebnisse der Positionserfassung gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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3 ist
eine Strukturdarstellung, die eine Positionserfassungsvorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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4 ist
ein Erklärungsdiagramm,
das die Ergebnisse der Positionserfassung gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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5 ist
eine Strukturdarstellung, die eine Positionserfassungsvorrichtung
gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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6 ist
ein Erklärungsdiagramm,
das einen Phasenschwankungsfehler gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ist
eine Strukturdarstellung, die ein herkömmliches Positionserfassungsverfahren
zeigt; und
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8 ist
ein Erklärungsdiagramm,
das das Positionserfassungsergebnis in einem abnormen Zustand darstellt,
welches mit dem herkömmlichen
Positionserfassungsverfahren erhalten wird.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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(Erste Ausführungsform)
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Es
wird nun eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
beschrieben. 1 ist eine Strukturdartstellung,
die die Struktur einer Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt. Bezüglich
der Figur, bezeichnet Bezugsziffer 10 einen Positionssensor
vom einphasigen Anregungseingabe/zweiphasigen Ausgabe-Typ, welcher z.
B. aus einem Drehmelder (Resolver) oder dgl. hergestellt ist. Der
Positionssensor 10 ist nicht auf diese Struktur eingeschränkt, wobei
jeder Typ von Positionssensoren angewandt werden kann. Bei Anlegen eines
Anregungssignals einer gegebenen Frequenz gibt der Positionssensor 10 Amplituden-modulierte Signale
aus, die um cos θ und
sin θ gemäss den erfassten
Positionen aus ersten bzw. zweiten Ausgabe-Wicklungen Amplituden-moduliert
sind. Bezugsziffer 12 bezeichnet ein Zählwerk, das ein Uhrzeitsignal
erzeugt, und Bezugsziffer 22 bezeichnet einen Oszillier-Schaltkreis,
der das Anregungssignal mit der gegebenen Frequenz in den Positionssensor 10 auf
der Basis des Uhrzeitsignals aus dem Zählwerk 12 eingibt.
Die Bezugsziffern 23 und 24 bezeichnen Phasenverschiebungs-Schaltkreise,
die die Phase des aus dem Positionssensor 10 ausgegebenen
Amplituden-modulierten Signals um einen gegebenen Winkel elektrisch
verschieben. Bezugsziffer 15 bezeichnet einen Addier-Schaltkreis,
der ein aus dem Phasenverschiebungs-Schaltkreis 23 ausgegebenes Signal
mit einem aus dem Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 ausgegebenen
Signal addiert, und Bezugsziffer 16 bezeichnet einen Subtrahier-Schaltkreis,
der das aus dem Phasenverschiebungs-Schaltkreis 23 ausgegebene
Signal und das aus dem Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 ausgegebene
Signal voneinander subtrahiert. Die Bezugsziffern 17 und 18 bezeichnen
Null-Schnitt-Erfassungsschaltkreise, die die Ausgabesignale des
Addier-Schaltkreises 15 bzw. des Subtrahier-Schaltkreises 16 eingeben
und den Null-Schnitt des eingegebenen Signals erfassen. Die Bezugsziffern 19 und 20 bezeichnen
Signalspeicherschaltkreiseingabe-Null-Schnitt-Erfassungspulse, die durch die
jeweiligen Null-Schnitt-Erfassungsschaltkreise 17 und 18 erfasst
werden, d. h. Null-Phase-Erfassungspulse, deren Amplitudenwerte
von negativ zu positiv als Signalspeicherpulse verändert werden,
und sie speichern den Zählwert
des Zählwerks 12 zu
den Zeitpunkten der jeweiligen Signalspeicherpulse. Die in den jeweiligen
Signalspeicher-Schaltkreisen 19 und 20 gespeicherten
Daten D1 und D2 entsprechen den Phasenverschiebungen der jeweiligen
Ausgabesignale des Addier-Schaltkreises 15 und des Subtrahier-Schaltkreises 16 bezüglich einem
Bezugs-Sinussignal sinωt.
Bezugsziffer 21 bezeichnet einen Fehlerberechnungs-Schaltkreis,
der die in den jeweiligen Signalspeicher-Schaltkreisen 19 und 20 gespeicherten
Daten D1 und D2 eingibt und einen Phasenschwankungsfehler β durch Berechnung
von "(D1 + D2)/2(= β)" ergibt. Bezugsziffer 22 bezeichnet
einen Subtrahier-Schaltkreis, der die in dem einen Signalspeicher-Schaltkreis 19 gespeicherten
Daten D1 und den vom Fehlerberechnungs-Schaltkreis 21 erhaltenen
Wert β eingibt
und die Substraktion "D1 – β (= θ)" durchführt, um
eine korrekt erfasste Position θ auszugeben,
aus der der Phasenschwankungsfehler β entfernt ist.
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Als
nächstes
wird der Betriebsablauf beschrieben. Zuerst gibt, wenn das Anregungssignal sinωt in den
Positionssensor 10 durch den Oszillier-Schaltkreis 22 eingegeben
wird, der Positionssensor 10 ein Induktionssignal, d. h.
das Amplituden-modulierte Signal sinθsin(ωt ± α) und cosθsin(ωt ± α) wie im herkömmlichen
Beispiel von 7 aus. Deshalb ist im herkömmlichen
Beispiel, wie in 7 dargestellt, der Phasenverschiebungs-Schaltkreis 14 auf
einem dieser Schaltkreise zur Eingabe eines Signals angeordnet,
wogegen in der vorliegenden Erfindung die Phasenverschiebungs-Schaltkreise auf
beiden der zwei Phasen angeordnet sind, und 1 Ausgabe aus dem Positionssensor 10 wird
in den Addier-Schaltkreis 15 und den Subtrahier-Schaltkreis 16 durch
den ersten Phasenverschiebungs-Schaltkreis 23 eingegeben,
und ein anderes Ausgabesignal aus dem Positionssensor 10 wird
aus dem Positionssensor 10 in den Addier-Schaltkreis 15 und
den Subtrahier-Schaltkreis 16 durch den zweiten Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 eingegeben.
Die elektrische Phasenbeziehung zwischen dem ersten Phasenverschiebungs-Schaltkreis 23 und
dem zweiten Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 ist so festgelegt,
dass die Phase um 90° verschoben
ist. Beispielsweise ist im Phasenverschiebungs-Schaltkreis 23 die
Phase um + 45° verschoben,
und die Ausgabe beträgt
sinθsin(ωt ± α + 45°), und im
anderen Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 ist die Phase
um –45° verschoben,
und die Ausgabe beträgt
cosθsin(ωt ± α – 45°). In diesem
Beispiel wird, unter der Annahme, dass ±α – 45° = β sind, die Ausgabe des ersten
Phasenverschiebungs-Schaltkreises 23 sinθsin(ωt ± β + 90°) = sinθcos(ωt ± β), und die
Ausgabe des zweiten Phasenverschiebungs-Schaltkreises 24 wird
cosθsin(ωt ± β). Das Ausgabesignal
des Addier-Schaltkreises 15 wird
sin(ωt ± β + θ), und das Ausgabesignal
des Subtrahier-Schaltkreises 16 wird sin(ωt ± β – θ). Auf diese
Weise werden die aus den Phasenverschiebungs-Schaltkreisen 23 und 24 ausgegebenen
Signale durch den Addier-Schaltkreis 15 und den Subtrahier-Schaltkreis 16 addiert
oder subtrahiert, um so in die Phasen-modulierten Signale sin(ωt ± β + θ) und sin(ωt ± β – θ) umgewandelt
zu werden. Danach werden die Daten D1 und die Daten D2 durch die
Null-Schnitt-Erfassungsschaltkreise 17, 18 und
die Signalspeicher-Schaltkreise 19, 20 wie im herkömmlichen
Beispiel berechnet. Bei der Null-Schnitt-Erfassung wird eine der
steigenden und fallenden Kante erfasst, wodurch θ durch die Berechnungs-Schaltkreise 21 und 22 berechnet
wird. Auch schafft das Verfahren zur Berechnung von (D1 + D2)/2
die Befähigung,
(D1 – D2)/2
= θ und
die Position θ zu
erfassen.
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β kann als
der Phasenschwankungsfehler angesehen werden, der durch den Phasenverschiebungs-Schaltkreis
bedingt ist und zu α mit
+45° addiert
wird, und der Phasenschwankungsfehler im herkömmlichen Beispiel kann als β –45° angesehen
werden. In diesem Fall ist ±α der Schwankungsfehler,
der eine Temperaturcharakteristik aufweist, wie im herkömmlichen
Beispiel, und er kann als Temperaturerfassungsdatum behandelt werden.
Falls daher eine Beziehung zwischen dem obigen Phasenschwankungsfehler
und der Temperatur im voraus festgelegt ist, wird die Temperatur
durch Erfassung des obigen Positionsschwankungsfehlers gemessen.
Ist beispielsweise ein Motor mit dem Positionssensor ausgerüstet, können die
Temperatur des Motors und die Umgebungstemperatur des Motors gemessen
werden. Wird demzufolge der Motor einer hohen Temperatur ausgesetzt
oder auf eine hohe Temperatur erhitzt, wird, bei Versagen des Motors,
wenn die Temperatur noch höher
ansteigt, ein Strom zum Antrieb des Motors gesteuert, um auf der
Basis des obigen Positionsschwankungsfehlers begrenzt oder angehalten
zu werden, wodurch die Befähigung
geschaffen ist, das Motorversagen im voraus zu verhindern.
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Im
allgemeinen ist, bei Versagen eines Schaltkreises, die Möglichkeit,
dass der Schaltkreis an zwei Teilbereichen gleichzeitig versagt, äußerst gering,
und es wird normalerweise, bei der Versagensart und der Wirkungsanalyse
der Vorrichtung, das Augenmerk auf das Versagen von nur 1 Teilbereich
des Schaltkreises gerichtet, und dies wird analysiert. Für die vorliegende
Erfindung gilt daher, dass es angenommen werden kann, dass ebenfalls
nur einer der Phasenverschiebungs-Schaltkreise versagt. Unter der
Annahme, dass der zweite Phasenverschiebungs-Schaltkreis 24 versagt
und die Phasenverschiebung nicht durchführt, ist cos θ sin(ωt ± α) erfüllt. Daher
gibt der Addier-Schaltkreis 15 sin θ sin(ωt ± α + 45°) + cos θ sin(ωt ± α) aus, und der Subtrahier-Schaltkreis 16 gibt
sin θ sin(ωt ± α + 45° – cosθsin(ωt ± α) aus. Kurz
gesagt ist, wenn α 0
ist, wird die Beziehung zwischen der Ursprungsposition (z. B. der Motordrehposition)
und der erfassten Position in 2 dargestellt.
Wie in 2 dargestellt, ist der Fehler bei der erfassten
Position klein, verglichen mit 8, in der
die Positionserfassung dargestellt ist, wenn der Schaltkreis im
in 7 dargestellten herkömmlichen Beispiel versagt.
Wie oben beschrieben, wird der Fehler kleiner, sobald der relative
Phasenverschiebungswinkel nahe am gewünschten Winkel liegt, er vergrößert sich
aber, sobald er weitab vom gewünschten
Winkel liegt. Da der Phasenverschiebungs-Schaltkreis in jedem der
zwei Phasen des Wicklungs-Ausgabesignals angeordnet ist, verschiebt
daher, sogar wenn 1 Phasenverschiebungs-Schaltkreis versagt, der
andere Phasenverschiebungs-Schaltkreis die Phase, wodurch der Positionserfassungsfehler
den Fehler so stark wie einen weiteren Phasenverschiebungswinkel
zu verringern vermag. Da diese zwei Phasenverschiebungs-Schaltkreise angeordnet
sind und die Wahrscheinlichkeit, dass jeder dieser Phasenverschiebungs-Schaltkreise
versagt, die gleiche ist, sollte der gleiche Phasenverschiebungswinkel
gesetzt werden, und wenn der Positionssensor die Phase so verschiebt,
dass die Amplituden-modulierten Signale orthogonal zueinander in
die Phasen-modulierten Signale umgewandelt werden, beträgt der relative
Phasenwinkel 90°.
Da der relative Phasenwinkel in 2 geteilt wird, wenn der um 2 Phasen
verschobene Winkel auf ±45° gesetzt
wird, können
die Folgen eines Versagens auf ein Minimum gedrückt werden. Sogar wenn beispielsweise
die Motorrotationsposition als zu erfassende Position in einer Vorrichtung
zum Antrieb eines bürstenlosen
Synchrongeräts
angewandt wird, bleiben die Folgen einer Fehlfunktion klein, ohne
dass der Motorantrieb in umgekehrter Richtung angetrieben wird.
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Bei
Abnormität
in der Positionserfassungs-Vorrichtung und einem Fehler bei der
Positionserfassung, wie in 2 dargestellt,
schwankt der Phasenschwankungsfehler wegen der Position, wie in 6 dargestellt,
gleichfalls. Wie daraus ersichtlich, ändert sich der Phasenschwankungsfehler
während
des Normalbetriebs graduell, ohne dass die Temperatur rasch ansteigt,
weil der Phasenschwankungsfehler von der Temperatur abhängt. Da
sich allerdings der Normalzustand während eines abnormen Betriebs
rasch zu einem abnormen Zustand verändert, ändert sich der Phasenschwankungsfehler ebenfalls
rasch. Die Abnormität
der Positionserfassungsvorrichtung lässt sich beurteilen, indem
die rasche Änderung
eingefangen wird. Da sich der Phasenschwankungsfehler aufgrund der
Position in einem System, worin sich die Position immer ändert, ebenfalls ändert, obwohl
sich die Position nur graduell wegen der Temperatur beim Normalbetrieb änderte,
und da sich der Phasenschwankungsfehler gemäß der Position während des
abnormen Betriebs ändert,
lässt sich
die Abnormität
beurteilen, indem die Änderung
des Phasenschwankungsfehlers beurteilt wird. Als Ergebnis kann die
Positionserfassungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung
auch als Abnormitätserfassungsvorrichtung
angewandt werden.
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Ist
außerdem
die Änderungsmenge
des Phasenschwankungsfehlers innerhalb des Temperaturbereichs bei
Verwendung des Positionssensors, der Positionserfassungsvorrichtung
oder dgl. klein, d. h., ist der Schwankungsbereich des Phasenschwankungsfehlers
klein, falls der Phasenschwankungsfehler außerhalb des in 6 dargestellten
Phasenschwankungsfehlerbereichs auftritt, kann dieser als die Abnormität beurteilt
werden. Sogar wenn die Position innerhalb des Phasenschwankungsbereichs liegt,
wenn der Fehler bei der Positionserfassung klein im abnormen Betrieb
ist, wie aus dem Vergleich von 2 mit 6 ersichtlich,
ist der Phasenschwankungsfehler klein. D. h., wenn der Phasenschwankungsfehler
innerhalb des Schwankungsbereichs liegt, wird, sogar wenn die Abnormität nicht
erfasst werden kann, da der Fehler bei der Positionserfassung klein
ist, der Fehlereinfluss noch kleiner.
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Ein
Verfahren zur Erfassung der Abnormität der Positionserfassungsvorrichtung
kann nicht nur auf die vorliegende Erfindung, sondern auch auf das herkömmliche
Beispiel mit nur einphasigem Verschiebungs-Schaltkreis angewandt
werden. D. h., die vorliegende Erfindung hat den Zweck einer Minimierung
der Folgen eines Versagens auf die Positionserfassung, indem zweiphasige
Verschiebungs-Schaltkreise
bereitgestellt werden. Das gleiche gilt für den Phasenschwankungsfehler.
Daher weist in einer Vorrichtung, bei der das Phasenverschiebungselement nur
einphasig wie im herkömmlichen
Beispiel vorgesehen und angeordnet ist, der Phasenschwankungsfehler
eine größere Schwankung
beim Versagen auf, und die Abnormität wird weiterhin unmittelbar
erfasst.
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Bei
Anwendung der Positionserfassungsvorrichtung als Positionserfassungsvorrichtung
zum Motorantrieb wird, wenn die Abnormität wie oben beschrieben beurteilt
wird, der Motorantrieb angehalten, wodurch die Befähigung geschaffen
ist, eine Fehlfunktion zu verhindern.
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Die
Null-Schnitt-Erfassung wird unter der Annahme durchgeführt, dass
nur eine der steigenden und der fallenden Kante in diesem Beispiel
erfasst wird, allerdings können
sowohl die steigende als auch die fallende Kante erfasst werden.
In diesem Fall ist es, da die Periode halbiert wird, notwendig, dass
die erfasste Zählung
verdoppelt und berechnet wird. Auch kann in den steigenden Kanten
des Addier-Schaltkreises 15 und des Subtrahier-Schaltkreises 16 und
in den fallenden Kanten des Addier-Schaltkreises 15 und des Substrahier-Schaltkreises 16 zur
Berechnung gespeichert werden. Werden sowohl die steigende als auch
die fallende Kante angewandt, weil die Position für jede der
Halbperioden erfasst werden kann, die in herkömmlicher Weise nur für eine Oszillier-Periode
durchgeführt
werden können,
kann die Position bei höherer
Geschwindigkeit erfasst werden. Ausserdem ist die Erfassung am Null-Schnittpunkt
vorgeschlagen worden, aber zur Verhinderung eines Erfassungsfehlers,
der durch das vom Schaltkreis empfangene Rauschen oder das Versagen
der Vorrichtung verursacht wird, kann eine Hysteresis am Null-Schnittpunkt zur
Erfassung vorgesehen sein.
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Wie
oben beschrieben, vermag der Positionserfassungs-Schaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung
Die Folgen eines Versagens zu minimieren, sogar wenn der Phasenverschiebungs-Schaltkreis
versagt. Auch im Fall, bei dem der Positionserfassungs-Schaltkreis
gemäß der vorliegenden
Erfindung beim Antrieb eines Motors angewandt wird, wie oben beschrieben,
kann eine Fehlfunktion verhindert werden. Ausserdem kann der Positionserfassungs-Schaltkreis gemäß der vorliegenden
Erfindung als eine Abnormitätserfassungsvorrichtung
verwendet werden, die die Abnormität der Positionserfassung nachweist
und erfasst, ohne dass von neuem ein Verfahren zum Nachweis und
zur Erfassung einer Schaltkreis-Abnormität hinzuzufügen ist. Da die Position θ erhältlich ist,
und zwar ohne die Anwendung eines Berechnungsverfahrens zur Berechnung des
Positionsschwankungsfehlers, können
die Positions- und die Abnormitätserfassung
billig durchgeführt
werden.
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(Zweite Ausführungsform)
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3 ist
ein Block Diagramm, das die Struktur einer Positionserfassungsvorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
darstellt. In der Figur bezeichnet Bezugsziffer 30 einen
bürstenlosen
Motor mit n-Pol-Logarithmus, welcher direkt an den Positionssensor 10 gekoppelt
ist und die Motorrotationsposition wird vom Positionssensor 10 erfasst.
Bezugsziffer 25 bezeichnet ein Zählwerk, das die Zeitdifferenz
d zwischen dem Null-Schnittpunkt eines aus dem Addier-Schaltkreis 15 ausgegebenen
Signals und dem Null-Schnittpunkt eines aus dem Substrahier-Schaltkreis 16 ausgegebenen
Signals zählt.
Bezugsziffer 26 bezeichnet einen Signalspeicher-Schaltkreis,
der einen Null-Schnitt-Erfassungspuls
eingibt, der durch die jeweiligen Null-Schnitt-Erfassungs-Schaltkreise 18,
d. h. einen Null-Phase-Erfassungspuls
als Signalspeicher-Puls, erfasst wird, und den Zählwert des Zählers 25 zu
einem Zeitpunkt des Signalspeicher-Pulses speichert. Weil die weiteren
Strukturen identisch mit denen in der oben beschriebenen ersten
Ausführungsform
sind, sind die gleichen Teile identisch bezeichnet, und deren weitere
Beschreibung unterbleibt.
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Wird
der bürstenlose
Motor mit dem n-Pol-Logarithmus angetrieben, ist es allgemein üblich, den
Positionssensor eines n-axialen Doppelwinkels mit N Periode als
1 Rotation des Motors anzuwenden. Dies deshalb, weil im Motorantrieb
per se, wenn das Augenmerk nur auf 1 Pol gerichtet wird, die vom
Positionssensor erfasste Rotationsposition dem elektrischen Winkel
des Motors entspricht, und die erfasste Position kann der Motorsteuerung,
wie sie ist, angepasst werden. Allerdings werden im Nachweis- und
Erfassungsverfahren gemäß dieser
Ausführungsform,
wie aus der obigen Ausführungsform ersichtlich,
die Phasendifferenz zwischen der Ausgabe sin(ωt ± β + θ) aus dem Addier-Schaltkreis 15 und die
Ausgabe sin(ωt ± β – θ) aus dem
Subtrahier-Schaltkreis 16 2 θ. Ist in
diesem Beispiel der elektrische Winkel des Motors auf 2 θ gesetzt,
wenn die Phasendifferenz zwischen dem Ausgabesignal des Addier-Schaltkreises 15 und
dem Ausgabesignal des Substrahier-Schaltkreises 16, d.
h. die Zeitdifferenz des Null-Schnitts, gemessen werden, können diese
durch einen elektrischen Winkel ersetzt werden, der dazu befähigt ist,
an die Motorsteuerung angepasst zu werden, wie sie ist. Daher ist
es unnötig, die
erfasste Position zu berechnen, sobald der Phasenschwankungsfehler
wie im herkömmlichen
Beispiel berechnet ist, und wie in 3 gezeigt,
wird die Zeitdifferenz d zwischen dem Null-Schnittpunkt des aus
dem Addier-Schaltkreis 15 ausgegebenen Signals und dem
Null-Schnittpunkt
des aus dem Substrahier-Schaltkreis 16 ausgegebenen Signals
gezählt. Die
Ausgabesignale des Addier-Schaltkreises 15 und des Subtrahier-Schaltkreises 16 werden
bei einer gegebenen Periode von 2 π/ω wiederholt, wodurch d × ω ein elektrischer
Winkel wird. Beispielsweise ist die erfasste Position, wenn der
Motor ein 4-Pol-Paar und der Positionssensor ein zweiaxialer Doppelwinkel sind,
in 4 dargestellt. Auch ist, wie in der obigen Ausführungsform
gezeigt, der erfasste Winkel bei Versagen eines der Verschiebungs-Schaltkreise
darin ebenfalls dargestellt. Wie daraus ersichtlich, ist, auch wenn
der Phasenverschiebungs-Schaltkreis versagt, der Fehler klein und
der Einfluss des Fehlers auf die Motorsteuerung gering.
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Im
vorliegenden Beispiel ist die gegebene Periode auf 2 π/ω gesetzt,
es besteht aber auch die Möglichkeit,
dass ω wegen
des Einflusses der Variation des Oszillier-Schaltkreises schwankt, und daher wird
eine Periode T gemessen, wo der Null-Schnittpunkt des Addier-Schaltkreises 15 oder
des Subtrahier-Schaltkreises 16 auftritt, und der Zeitdifferenz
d so angepasst, dass die gegebene Periode 2 πd/T wird.
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Der
Positionssensor des M-axialen Doppelwinkels kann einen Pol-Logarithmus-Motor
von (Vergrößerung von
2) × M
angepasst werden. Beispielsweise kann ein dreiaxialer Doppelwinkel
auf den Motor eines 6-Pol-Logarithmus angewandt werden, wie oben
beschrieben, es kann aber auch ein einaxialer Doppelwinkel angewandt
werden. In diesem Fall kann, wenn diese Ausführungsform der Sensorposition θ angepasst
wird, 2 θ erfasst
werden, und dies wird dann mit 1/3 berechnet. Somit berechnet sich der
elektrische Winkel mit 2 θ/3.
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Wie
oben beschrieben, wird in der Positionserfassungsvorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform
der elektrische Winkel des Motors auf 2 θ gesetzt, die Phasendifferenz
zwischen dem Ausgabesignal des Addier-Schaltkreises 15 und dem Ausgabesignal
des Subtrahier-Schaltkreises 16,
d. h. die Zeitdifferenz des Null-Schnitts, werden gemessen und können dann
durch den bei der Motorsteuerung angewandten elektrischen Winkel
ersetzt werden. Somit lassen sich, sogar bei Versagen des Phasenverschiebungs-Schaltkreises,
die Folgen des Versagens minimieren. Auch lässt sich bei Anwendung der
Positionserfassungsvorrichtung dieser Ausführungsform im obigen Motorantrieb
eine Fehlfunktion verhindern.
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(Dritte Ausführungsform)
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5 ist
ein Block-Diagramm, das die Struktur einer Positionserfassungsvorrichtung
gemäß dieser
Ausführungsform
darstellt. In der Figur bezeichnet Bezugsziffer 31 einen
Positionsberechnungs-Schaltkreis, der die im Signalspeicher-Schaltkreis 19 gespeicherten
Daten D1 eingibt und die Position θp durch die Berechnung von "–D1 – δ (= θp)" ergibt. Bezugsziffer 32 bezeichnet
einen Positionsberechnungs-Schaltkreis, der die im Signalspeicher-Schaltkreis 20 gespeicherten
Daten D2 eingibt und die Position θm durch die Berechnung von "D2 + δ (= θm)" ergibt. Bezugsziffer 33 bezeichnet
einen Vergleichsverarbeitungs-Schaltkreis, der die Durchschnittswerte
von θp
und θm
berechnet, wobei die durch das im Erfassungs-Schaltkreis empfangene Rauschen
verursachten Verschiebungen der Positionen θp und θm in Betracht gezogen werden,
um die Durchschnittswerte als θ auszugeben.
Der Vergleichsverarbeitungs-Schaltkreis 33 beurteilt die
Abnormität
im Fall, dass sich θp
und θm
stark voneinander unterscheiden, d. h., wenn die Differenz zwischen θp und θm gleich
einem gegebenen Schwellenwert oder größer als dieser ist. Weil die
weiteren Strukturen identisch mit denjenigen in der obigen ersten Ausführungsform
sind, sind die gleichen Teile identisch beziffert, und es unterbleibt
im vorliegenden Beispiel deren weitere Beschreibung.
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Ist
die Ausgabe-Wicklung des Positionssensors und der Weg vom Positionssensor
zur Positionserfassungsvorrichtung länger, tritt der Phasenschwankungsfehler
wegen des Temperatureinflusses oder dgl. in der Ausgabe auf. Ist
andererseits die Weglänge
kürzer,
wird ein Faktor wie die Temperatur, die schwankt, klein, und die
Menge an Phasenschwankung wird hinreichend klein. In diesem Fall wird
die Menge zu einer Größe ohne
jedes Problem, sogar wenn sie als der Phasen-fixierte Fehler δ anzusehen
ist. In diesem Fall wird, wenn das Anregungssignal sin mit, das
aus dem in 5 dargestellten Oszillier-Schaltkreis
ausgegeben wird, und ein synthetisches Signal sin (ωt + θ + δ) das aus
dem in der vorliegenden Erfindung dargestellten Addier-Schaltkreis 15 ausgegeben
wird durch den Null-Schnitt-Erfassungs-Schaltkreis 17 laufen
gelassen und dann vom Signalspeicher Schaltkreis 19 gespeichert
werden, die Phasendifferenz –θ – δ aus den
gespeicherten Daten D1 erfasst. Auch wenn ein synthetisches Signal
sin(ωt – θ + δ), das aus
dem Subtrahier-Schaltkreis 16 ausgegeben wird, durch den Null-Schnitt-Erfassungs-Schaltkreis 18 laufengelassen
und dann vom Signalspeicher-Schaltkreis 20 gespeichert
wird, wird die Phasendifferenz θ – δ aus den
gespeicherten Daten D2 erfasst. In diesem Beisiel werden, unter
der Annahme, dass der Phasenfehler δ ein festgelegter Wert ist,
da dieser Wert zur Strukturierung der Vorrichtung im voraus bestimmt ist,
die Verarbeitungselemente 31 und 32 zum Substrahieren
des festgelegten Phasenfehlers δ von
den erfassten Daten D1 und D2 durchgeführt, wodurch die Befähigung geschaffen
wird, die Positionden θp und θm zu erfassen.
Einer von θp
und θm
kann als die Position θ eingesetzt
werden. Dadurch kann ein weiterer Erfassungs-Schaltkreis weggelassen werden, und
die Vorrichtung kann billig strukturiert werden. Auch besteht die
Möglichkeit,
dass die erfassten Positionen θp
und θm
geringfügig
durch das im Erfassungs-Schaltkreis empfangene Rauschen verschoben
sind, so dass die Durchschnittswerte der erfassten Positionen θp und θm durch
den Vergleichsverarbeitungs-Schaltkreis 33 als die Position θ berechnet
werden, und es kann somit die Präzision
verbessert werden. Auch im Fall, dass sich die Positionen θp und θm stark
voneinander unterscheiden, ist davon auszugehen, dass eine Abnormität in der
Erfassungsvorrichtung auftritt, wodurch die Befähigung geschaffen wird, die
Abnormität
zu beurteilen. Ausserdem wird im Fall, dass die Erfassungsvorrichtung zur
Motorsteuerung oder dgl. angewandt wird, ein Befehl zum Anhalten
der Steuerung durchgeführt.
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In
dieser Ausführungsform
lässt sich
im Fall, dass die Menge an Schwankung so klein ist, dass der Phasenschwankungsfehler
ein festgelegter Wert ist, die in der ersten Ausführungsform
beschriebene Empfindlichkeit ausserhalb des Schwankungsbereichs
des Phasenschwankungsfehlers noch weiter steigern, wodurch der Nachweis
und die Erfassung einer Abnormität
noch weiter erleichtert werden.
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Die
vorstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
ist zur Veranschaulichung und Erläuterung dargelegt worden. Es
ist nich beabsichtigt, erschöpfend
zu sein oder die Erfindung auf die offenbarte präzise Form einzuschränken, und
es sind Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehren
möglich
oder können
aus der Durchführung
der Erfindung in der Praxis erworben werden. Die Ausführungsformen
wurden gewählt
und beschrieben, um die Prinzipien der Erfindung und deren Durchführung in
der Praxis darzulegen, um den Durchschnittsfachmann zu befähigen, die
Erfindung in verschiedenen Ausführungsformen mit
verschiedenen Modifikationen zu nutzen, wie sie für die besondere
in Betracht gezogene Anwendungsform geeignet erscheinen.