DE102005040207A1

DE102005040207A1 - Verfahren und Anordnung zur Erzeugung eines drehrichtungsabhängigen Drehzahlsignals

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Publication number: DE102005040207A1
Application number: DE200510040207
Authority: DE
Inventors: Hermann Rappenecker; Jörg Hornberger; Michael SCHÄUBLE; Roland Kessler
Original assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 2005-08-16
Filing date: 2005-08-16
Publication date: 2007-02-22

Abstract

Ein elektronisch kommutierter Motor hat einen Ausgang (139) zur Ausgabe eines digitalen Drehzahlsignals (n/DIR) in Form von Impulsen, deren Frequenz der Drehzahl des Motors proportional ist, und mit einer Anordnung, welche zur Ausführung folgender Schritte ausgebildet ist: Pro Umdrehung des Motors wird eine vorgegebene Zahl von Impulsen erzeugt; die Drehrichtung (DIR) des Motors wird ermittelt; die Dauer der Impulse wird abhängig von der ermittelten Drehrichtung (DIR) gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals, insbesondere für einen elektronisch kommutierten Motor.

Bei elektronisch kommutierten Motoren (ECM) wird häufig ein Drehzahlsignal über eine einzelne Leitung bereit gestellt, die beispielsweise mit einer Überwachungs- bzw. Steuereinheit für den ECM verbunden ist. Aus dem Drehzahlsignal kann die Überwachungs- bzw. Steuereinheit die Drehzahl des ECM ermitteln. Um Informationen über die Drehrichtung des ECM zu erhalten, ist eine getrennte Leitung zwischen dem ECM und der Überwachungs- bzw. Steuereinheit zur Übertragung eines entsprechenden Drehrichtungssignals erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue Anordnung zur Erzeugung eines Drehzahlsignals bereit zu stellen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung nach Anspruch 4 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß wird ein drehrichtungsabhängiges Geschwindigkeitssignal erzeugt, welches Informationen über eine ermittelte Geschwindigkeit, z.B. eine Drehzahl, und über eine ermittelte Drehrichtung, bzw. allgemein über eine Bewegungsrichtung, enthält. Zur Ausgabe dieses Signals ist wie für ein Drehzahlsignal nur eine einzelne Leitung erforderlich, d.h., ein solches richtungsabhängiges Geschwindigkeitssignal kann über eine gebräuchliche Leitung für ein Drehzahlsignal ausgegeben werden, sodass eine zusätzliche Leitung nicht erforderlich ist.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Anordnung zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals für einen ECM gemäß der Erfindung,
2 ein Blockdiagramm einer Einrichtung zur Erzeugung und Ausgabe eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals,
3 ein Diagramm, welches ein richtungsabhängiges Geschwindigkeitssignal gemäß der Erfindung illustriert,
4 ein Blockdiagramm einer Anordnung gemäß der Erfindung,
5 ein vereinfachtes Schaltbild einer Anordnung zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals,
6 ein Diagramm, welches ein im Vorwärtslauf eines ECM erzeugtes drehrichtungsabhängiges Drehzahlsignal gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung illustriert,
7 ein Diagramm, welches ein im Rückwärtslauf eines ECM erzeugtes drehrichtungsabhängiges Drehzahlsignal illustriert,
8 ein Diagramm, welches ein beim Umschalten vom Vorwärtslauf in den Rückwärtslauf eines ECM erzeugtes drehrichtungsabhängiges Drehzahlsignal illustriert, und
9 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1 zeigt ein Blockdiagramm, welches die prinzipielle Funktionsweise einer Anordnung 10 zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals n/DIR gemäß der vorliegenden Erfindung illustriert. In 1 ist zur Vereinfachung nur der Rotor 208 eines ECM 120, welch letzterem eine Treiberstufe 122 (Power Stage) zur Beeinflussung des Motorstroms zugeordnet ist, dargestellt. Die Anordnung 10 umfasst eine mit der Treiberstufe 122 verbundene Steuerung 130 (Controller) und mindestens eine dem ECM 120 zugeordnete Rotorstellungssensoranordnung 140.
Die Steuerung 130 umfasst Softwaremodule zur Steuerung des ECM 120. Sie ist dazu ausgebildet, einen Sollwert n_s für die gewünschte Drehzahl des ECM 120 einzulesen und aufzubereiten und dessen aktuelle Drehzahl n zu erfassen. Von der Steuerung 130 werden die von der Rotorstellungssensoranordnung 140 erzeugten Signale zwecks Ermittlung der Drehrichtung des Rotors 208 eingelesen. Eine beispielhafte Steuerung 130 wird unten bei den 4 und 5 beschrieben.
Im Betrieb erzeugt die Steuerung 130 Kommutierungssignale für die Treiberstufe 122 in Abhängigkeit von Rotorstellungssignalen, welche von Sensoren 252, 254, 256 erzeugt werden, die in 1 eine Rotorstellungssensoranordnung 140 bilden.
Die Signale von den Sensoren 252, 254, 256 werden von der Steuerung 130 ausgewertet, um die aktuelle Drehzahl n und die Drehrichtung DIR des Rotors 208 zu bestimmen. In Abhängigkeit von n und DIR bildet die Steuerung 130 ein richtungsabhängiges Geschwindigkeitssignal n/DIR an ihrem Ausgang 139. Dort sind ein beispielhaftes Signal n/DIR für einen Vorwärts- bzw. Rechtslauf des Rotors 208 (DIR = FWD) und ein beispielhaftes Signal n/DIR für einen Rückwärts- bzw. Linkslauf des Rotors 208 (DIR = BWD) gezeigt, welche bei 3 näher erläutert werden.
Somit wird ein einziges Signal, d.h. das richtungsabhängige Geschwindigkeitssignal n/DIR, erzeugt, welches sowohl Informationen über die Drehzahl n als auch Informationen über die Drehrichtung DIR enthält. Dieses Signal kann von der Steuerung 130 über den Ausgang 139 und folglich über eine Einzelleitung ausgegeben werden.
2 zeigt ein Blockdiagramm 20 mit einem erfindungsgemäßen Modul 138 (ROT_OUT) zur Erzeugung und Ausgabe des Signals n/DIR. Das Modul 138 ist bevorzugt ein Softwaremodul, welches in der Steuerung 130 realisiert wird und beispielsweise von einem Hauptprogramm der Steuerung 130 über ein entsprechendes Eingabesignal IN_Set zur Erzeugung des richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals n/DIR aufgerufen wird.
Dem Modul 138 werden ein Taktsignal (Time Signal), die von der Rotorstellungssensoranordnung 140 erzeugten Rotorstellungssignale (HALL), sowie ein Drehrichtungswert DIR zugeführt. Das Modul 138 verwendet die Rotorstellungssignale HALL zur Bestimmung der Drehzahl des Rotors 208. In Abhängigkeit von der ermittelten Drehzahl sowie dem Drehrichtungswert DIR bildet das Modul 138 unter Verwendung des Taktsignals das richtungsabhängige Geschwindigkeitssignal n/DIR und gibt dieses am Ausgang 139 aus.
3 zeigt ein Schaubild 30, welches ein mit der Anordnung 10 gemäß 1 erzeugtes richtungsabhängiges Geschwindigkeitssignal n/DIR gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung illustriert. Das richtungsabhängige Geschwindigkeitssignal n/DIR ist als verkürzte Impulsfolge 32 dargestellt, welche pro vollständiger mechanischer Umdrehung des Rotors 208 eine vorgegebene Zahl von Impulsen aufweist, deren Impulsdauer jeweils von der ermittelten Drehrichtung DIR abhängt.
In 3 ist die Impulsfolge 32 beispielhaft als binäres Signal mit zwei unterschiedlichen Zuständen "1" (bzw. HIGH) und "0" (bzw. LOW) dargestellt. Diese Impulsfolge 32 umfasst vier Impulse für einen Rückwärts- bzw. Linkslauf (BWD), und vier Impulse für dessen Vorwärts- bzw. Rechtslauf (FWD). In 3 ist die Impulsdauer der Impulse für den Rechtslauf länger, als die Impulsdauer für den Linkslauf. Die Erzeugung des drehrichtungsabhängigen Signals n/DIR wird unten bei den 6 bis 8 beschrieben.
4 zeigt ein Blockdiagramm, welches die prinzipielle Funktionsweise einer Anordnung 100 gemäß der Erfindung illustriert. Der ECM 120 umfasst eine Rotor-Stator-Anordnung 124 (Rotor/Stator) mit einem Rotor und mindestens einem Statorstrang. Dem ECM 120 ist die Treiberstufe 122 von 1 zur Beeinflussung des Motorstroms in dem mindestens einen Statorstrang zugeordnet. Die Vorrichtung 100 umfasst auch die Steuerung 130 sowie die Rotorstellungssensoren 140 von 1 und eine Überwachungs- und/oder Steuereinheit 150, z.B. einen PC.
Die Steuerung 130 wird vorzugsweise durch einen Mikrocontroller realisiert und umfasst eine Kommutierungssteuerung 132 (COMMUT), einen Drehzahlregler 134 (N_CTL), eine Drehrichtungsbestimmungseinheit 136 (ROT_DIR) und das Modul 138 zur Erzeugung und Ausgabe von n/DIR. Die Kommutierungssteuerung 132 erzeugt Kommutierungssignale für die Treiberstufe 122 des ECM 120 in Abhängigkeit von Rotorstellungssignalen, welche von der Rotorstellungssensoranordnung 140 bereit gestellt werden. Diese Signale können von dem Drehzahlregler 134 beeinflusst werden. Die Rotorstellungssignale werden von der Drehrichtungsbestimmungseinheit 136 ausgewertet, um die Drehrichtung DIR zu bestimmen. Das Modul 138 verwendet die Rotorstellungssignale zur Bestimmung der Drehzahl und bildet das Signal n/DIR an seinem Ausgang 139.
Das Signal n/DIR wird der Einheit 150 zugeführt, welche illustrativ durch eine Recheneinheit bzw. einen Computer (PC) dargestellt ist. Sie kann auch durch einen Mikrocontroller oder andere geeignete Elemente realisiert werden.
Im Betrieb wird dem mindestens einen Statorstrang der Rotor-Stator-Anordnung 124 eine Versorgungsspannung zugeführt, welche der ECM 120 in Drehungen des Rotors mit einer bestimmten Drehzahl umwandelt. Hierbei werden die durch den mindestens einen Statorstrang fließenden Ströme durch Kommutierungssignale von der Kommutierungssteuerung 132 gesteuert.
Die Steuerung 130 bestimmt unter Verwendung des Moduls 138 einen Wert n für die aktuelle Drehzahl. Der Wert n kann unter Verwendung von Signalen der Rotorstellungssensoranordnung 140 ermittelt werden. Beispielsweise wird zur Bestimmung der Drehzahl n die Zeit gemessen, die der Rotor des ECM 120 benötigt, um sich von einer ersten zu einer zweiten Position zu drehen, wobei erste und zweite Position über das Signal vom Sensor 140 ermittelt werden können. Erste und zweite Position können ebenso bei einem Wechsel des Rotorstellungssignals bestimmt werden.
Die Steuerung 130 bestimmt unter Verwendung der Einheit 136 einen Wert DIR. Er kann ebenfalls unter Verwendung des Rotorstellungssignals ermittelt werden. Abhängig von der aktuellen Drehzahl n und dem Wert DIR erzeugt das Modul 138 das Signal n/DIR.
5 zeigt eine Schaltung 200 zur Erzeugung eines solchen Signals n/DIR. Diese umfasst eine Vielzahl von Bauelementen, welche die Rotor-Stator-Anordnung 124 und die Treiberstufe 122 des ECM 120, die Rotorstellungssensoranordnung 140 und die Steuerung 130 mit der Kommutierungssteuerung 132, dem Drehzahlregler 134, der Drehrichtungsbestimmungseinheit 136 und des Moduls 138 ausbilden.
Der ECM 120 ist hier schematisch mit einem Rotor 208 und einem Stator 201 dargestellt. Der Rotor 208 ist als vierpoliger permanentmagnetischer Rotor dargestellt. Alternativ kann er durch Zuführung von Strom erregt werden, so dass auf Permanentmagnete verzichtet werden kann. Der Stator 201 ist beispielhaft mit drei Statorsträngen 202, 204 und 206 dargestellt, die gemäß 5 im Dreieck geschaltet sind. Ebenso wäre eine Sternschaltung, eine separate Ansteuerung jedes Strangs, oder auch eine andere Strangzahl möglich.
Die Schaltung 201 hat drei Anschlüsse U, V und W, über welche die Statorstränge mit der Treiberstufe 122 verbunden sind. Der Anschluss U ist über einen oberen Halbleiterschalter 212 (S1) mit +Ub verbunden. Über einen unteren Halbleiterschalter 222 (S2) ist er mit Masse GND verbunden. Der Anschluss V ist über einen oberen Halbleiterschalter 214 (S3) und einen unteren Halbleiterschalter 224 (S4) mit +Ub bzw. GND verbunden. Der Anschluss W ist mit einem oberen Halbleiterschalter 216 (S5) und einem unteren Halbleiterschalter 226 (S6) der Treiberstufe 122 mit +Ub bzw. GND verbunden. Es handelt sich also um eine Vollbrückenschaltung 122.
In 5 sind die oberen Halbleiterschalter 212, 214 und 216 als P-Kanal MOSFETs und die unteren Halbleiterschalter 222, 224 und 226 als N-Kanal MOSFETs ausgeführt, wobei die Anschlüsse U, V und W jeweils mit den Drain-Anschlüssen D der zugeordneten oberen und unteren MOSFETs verbunden sind.
Jeder Gate-Anschluss eines der oberen MOSFETs 212, 214 und 216 ist über eine zugeordnete Signalaufbereitungseinrichtung 210', 210'' bzw. 210''' mit einem entsprechenden Ausgang O1, O2 bzw. O3 der Ausgabeeinrichtung 234 verbunden. Die Einrichtungen 210', 210'' und 210''' dienen zur Potentialwandlung, um das Potential der Versorgungsspannung +Ub und das Potential an dem entsprechenden Ausgang O1, O2 oder O3 in ein Schaltpotential zum leitend- bzw. nichtleitend-Schalten des zugeordneten oberen P-Kanal MOSFETs S1, S3 oder S5 umzuwandeln.
Jeder Gate-Anschluss der unteren MOSFETs 222, 224 und 226 ist über eine ihm zugeordnete Signalaufbereitungseinrichtung 220', 220'' bzw. 220''' mit einem entsprechenden Ausgang U1, U2 bzw. U3 der Ausgabeeinrichtung 234 verbunden. Die Signalaufbereitungseinrichtungen 220', 220'' und 220''' dienen einerseits bevorzugt als Strombegrenzungswiderstand, um den jeweiligen Gate-Anschluss vor Überlastung zu schützen, und andererseits dazu, ein entsprechendes Schaltpotential an dem jeweiligen Gate zu erzeugen.
Die Source-Anschlüsse S der oberen MOSFETs 212, 214, 216 sind über einen Knotenpunkt 211 mit +Ub verbunden. Die Source-Anschlüsse S der unteren MOSFETs 222, 224, 226 sind über einen Knotenpunkt 221 mit Masse GND verbunden.
Die Steuerung 130 wird mit einer Betriebsspannung von z.B. +5V betrieben und ist über eine Eingabeeinrichtung 236 (INPUT) mit der Rotorstellungssensoranordnung 140 verbunden. Beispielsweise können analoge Hallsensoren, wie z.B. analoge Hallsensoren vom Typ A1321, SMD-Hallsensoren oder GMR- (Giant Magneto Resistor) Sensoren als Rotorstellungssensoren Anwendung finden. Auch programmierbare Sensoren, wie z.B. Sensoren vom Typ Sentron 2SA-10, können verwendet werden.
In 5 ist die Rotorstellungssensoranordnung 140 beispielhaft mit drei Hallsensoren 252, 254 und 256 dargestellt. Der Sensor 252 ist mit einem Eingang H1 der Eingabeeinrichtung 236 verbunden. Der Sensor 254 ist mit einem Eingang H2 verbunden und um 120° el. versetzt zu dem Sensor 252 angeordnet. Der Sensor 256 ist mit einem Eingang H3 verbunden und um 120° el. versetzt zu dem Sensor 254, bzw. um 240° el. versetzt zu dem Sensor 252, angeordnet. Die Verwendung von Hallsensoren ist lediglich eine mögliche Ausführung zur Bestimmung der Rotorstellung. Verschiedene andere Messverfahren können ebenfalls verwendet werden, z.B. eine Messung mittels Sinus- und Cosinus-Geber, oder eine kontaktlose Messung mittels Back-EMF oder mittels Induktivitätsmessung.
Die Eingabeeinrichtung 236 ist mit der Kommutierungssteuerung 132, dem Drehzahlregler 134, der Drehrichtungsbestimmungseinheit 136 und dem Modul 138 verbunden. Der Drehzahlregler 134 ist seinerseits mit der Kommutierungssteuerung 132 verbunden und steuert deren Signale, die über die Ausgabeeinrichtung 234 ausgegeben werden. Die Einheit 136 ist mit dem Modul 138 verbunden und führt diesem den Wert DIR zu. Das Modul 138 erzeugt das Signal n/DIR und gibt dieses an eine externe Einheit ab, beispielsweise an den PC 150 von 4. Ein Sollwert n_s für die gewünschte Drehzahl des Rotors 208 wird ebenfalls der Steuerung 130 zugeführt.
Arbeitsweise
Im Betrieb wird die Betriebsspannung +Ub an die Treiberstufe 122 angelegt. Die Spannung +Ub ist vorzugsweise eine Gleichspannung, welche von einem Netzgerät oder einer Batterie erzeugt und unter Verwendung der Statorstränge 202, 204 und 206 in Drehungen des Rotors 208 umgewandelt wird. Die hierbei entstehenden Hallsignale werden von den Sensoren 252, 254, 256 dem Drehzahlregler 134 zugeführt, welcher aus den Hallsignalen einen Drehzahl-Istwert bestimmt. Der Drehzahlregler 134 erzeugt unter Verwendung des Drehzahl-Istwerts eine Drehzahlregelgröße, welche der Kommutierungssteuerung 132 zugeführt wird.
Die Kommutierungssteuerung 132 erzeugt in Abhängigkeit von der Drehzahlregelgröße und von den Hallsignalen H1, H2, H3 Kommutierungssignale zur Ansteuerung der Treiberstufe 122, welche über die Ausgabeeinrichtung 234 und die Signalaufbereitungseinrichtungen 210', 210'', 210''', 220', 220'', 220''' den Gate-Anschlüssen G der MOSFETs S1–S6 zugeführt werden. Hierbei können den Kommutierungssignalen entsprechende PWM-(Pulsweitenmodulations-) Signale zur Ansteuerung der MOSFETs überlagert werden, sodass unter Verwendung dieser MOSFETs die durch die Statorstränge 202, 204 und 206 fließenden Ströme gesteuert werden, um ein sich drehendes Magnetfeld zum Antrieb des Rotors 208 zu erzeugen. Zur Kommutierung der Motorströme werden die oberen und unteren MOSFETs durch die Kommutierungssignale ein- und ausgeschaltet, um die Ströme in den Statorsträngen 202, 204 und 206 zu steuern.
Unter Verwendung des Moduls 138 wird der Wert n bestimmt. Die Einheit 136 bestimmt den Wert DIR. Die Einheit 136 führt den Wert DIR dem Modul 138 zu, das das Signal n/DIR erzeugt.
Bei jedem Wechsel des Rotorstellungssignals (hiernach als "Hallwechsel" bezeichnet) wird ein Impuls erzeugt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Rotor 208 vierpolig, und es werden drei jeweils im Abstand von 120° el. versetzt zueinander angeordnete Sensoren 252, 254, 256 verwendet, sodass insgesamt zwölf Hallwechsel pro mechanischer Umdrehung des Rotors 208 auftreten.
Werden in einer Minute 12000 Impulse erzeugt, so entspricht dies bei der vorgegebenen Anzahl von zwölf Impulsen pro vollständiger mechanischer Umdrehung einem Drehzahl-Istwert n von 1000 U/min.
Die Dauer der Impulse wird so vorgegeben, dass sie die Drehrichtung DIR kennzeichnet. Beim dargestellten Beispiel ist die Dauer t_R im Vorwärts- bzw. Rechtslauf des Rotors 208 größer ist als die Dauer t_L im Rückwärtslauf bzw. Linkslauf, d.h. t_R > t_L. Beispielsweise kann eine Impulsdauer von t_R = 200 μs für den Vorwärtslauf und von t_L = 100 μs für den Rückwärtslauf vorgegeben werden.
Zwischen zwei benachbarten Impulsen einer Impulsfolge muss eine minimale Wartezeit t_P abgewartet werden, um eine Auswertung der Impulsfolge zu ermöglichen. Diese Wartezeit sollte im vorliegenden Beispiel bevorzugt nicht kleiner als t_P = 10 μs sein. Auch ist es erforderlich, dass die minimale Zeit zwischen zwei Hallwechseln (tHall) nicht kleiner ist als die aus der Impulsdauer t_R für den Vorwärtslauf des Rotors 208 und der Wartezeit t_P gebildete Summe (t_R + t_P), da sonst die einzelnen Impulse der Impulsfolge nicht mehr korrekt ausgegeben werden können. Eine Unterschreitung von (t_R + t_P) bedeutet, dass die Drehzahl zu hoch ist.
6 zeigt ein Schaubild 300, welches ein beim Vorwärtslauf DIR = FWD erzeugtes Signal n/DIR zeigt. In dem Diagramm 300 ist in horizontaler Richtung der zeitliche Verlauf von drei Hallsignalen H1, H2, H3 sowie eines aus diesen erzeugten Signals n/DIR für eine vollständige mechanische Umdrehung des Rotors 208 im Vorwärtslauf gezeigt.
Beim Vorwärtslauf entstehen die Hallsignale H1, H2 und H3, welche in 6 als binäre Signale 360 (Hallsignal H3), 370 (Hallsignal H2) und 380 (Hallsignal H1) mit jeweils zwei unterschiedlichen Zuständen "HIGH" und "LOW" dargestellt sind. Jedes Umschalten der Hallsignale 360, 370, 380 von HIGH auf LOW oder umgekehrt stellt einen Hallwechsel dar. In dem Diagramm 300 sind zwölf Hallwechsel 312, 314, 316, 318, 320, 322, 324, 326, 328, 330, 332, 334 und 336 gezeigt, wobei jeweils zwischen zwei Hallwechseln eine Zeitdauer 394 liegt, welche tHall darstellt.
Aus der zeitlichen Abfolge der Hallsignale 360, 370, 380 kann die Drehrichtung des Rotors 208 bestimmt werden. Wie 6 zeigt, geht bei dem Hallwechsel 312 zunächst das Hallsignal 380 auf HIGH und beim Hallwechsel 318 wieder auf LOW. Diesem folgt das Hallsignal 370, welches beim Hallwechsel 316 auf HIGH und dann beim Hallwechsel 322 wieder auf LOW geht. Darauf folgt das Hallsignal 360, welches beim Hallwechsel 320 auf HIGH und dann beim Hallwechsel 326 wieder auf LOW geht. Aufgrund der Anordnung der Sensoren 252, 254, 256 im Uhrzeigersinn (vgl. 5) entspricht also die Abfolge der Hallsignale 380, 370, 360 einer Drehung im Uhrzeigersinn, d.h. DIR = FWD.
Wie oben beschrieben, wird somit als Signal n/DIR eine Impulsfolge 390 erzeugt, welche pro Umdrehung 12 Impulse aufweist, die jeweils eine Impulsdauer 392 aufweisen, welche der Impulsdauer für Vorwärtslauf, d.h. t_R, entspricht.
7 zeigt analog ein Diagramm 400 für den Rückwärtslauf DIR = BWD. Da der Rotor 208 einen Rückwärtslauf bzw. Linkslauf ausführt, wird hier als Signal n/DIR eine Impulsfolge 490 erzeugt, welche pro Umdrehung zwölf Impulse aufweist, die jeweils eine Impulsdauer 492 haben, welche der Impulsdauer für Rückwärtslauf, d.h. t_L, entspricht.
8 zeigt analog zu den 6 und 7 ein Diagramm 500 für den Fall, dass beim Vorwärtslauf des Rotors 208 in den Rückwärtslauf umgeschaltet wird. Analoges gilt für den Fall, dass beim Rückwärtslauf des Rotors 208 in den Vorwärtslauf umgeschaltet wird.
8 zeigt in horizontaler Richtung den zeitlichen Verlauf der Hallsignale 510, 520, 530 und eines auf deren Grundlage erzeugten Signals n/DIR. Der Rotor 208 wird bis zu einem Hallwechsel 540 im Rechtslauf betrieben, so dass eine das Signal n/DIR darstellende Impulsfolge 590 aus Impulsen besteht, die eine Impulsdauer 562 haben, welche der Impulsdauer t_R für Vorwärtslauf entspricht. Da beim Hallwechsel 540 der Rotor 208 noch im Rechtslauf ist, wird auch bei diesem noch ein Impuls 592 mit einer Impulsdauer t_R erzeugt.
Während der Erzeugung des Impulses 592 geht der Rotor 208 in den Linkslauf über, so dass ein neuer Hallwechsel 550 stattfindet. Trotzdem wird die Erzeugung des Impulses 592 mit der Impulsdauer t_R abgeschlossen, worauf eine Wartezeit t_P abgewartet wird, bevor in Reaktion auf den Hallwechsel 550 ein Impuls 594 mit einer Impulsdauer 566 erzeugt wird, welche der Impulsdauer t_L für Rückwärtslauf entspricht. Ab dem nächsten Hallwechsel 570 werden Impulse mit der Impulsdauer t_L erzeugt, solange der Rotor 208 im Linkslauf läuft.
9 zeigt ein Flussdiagramm 600 eines bevorzugten erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses kann als Routine realisiert werden, die vom Hauptprogramm der Steuerung 130 bei Bedarf aufgerufen wird. Beispielsweise kann eine Hall-Interrupt-Routine bei jedem Hallwechsel ein entsprechendes Flag setzen, welches für die Kommutierung gespeichert und von dem Hauptprogramm eingelesen wird. Dieses Hauptprogramm kann nach einem Einlesen des Flags die Routine zur Erzeugung des richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals aufrufen.
Die Routine 600 beginnt mit Schritt 610. In Schritt 620 wird auf einen Hallwechsel gewartet. Bei Auftreten eines Hallwechsels fährt das Verfahren in Schritt 630 fort. Ansonsten kehrt es zu Schritt 620 zurück.
In Schritt 630 wird überprüft, ob die neue Hallposition der alten Hallposition entspricht. Hierdurch sollen möglicherweise auftretende Messfehler eliminiert werden. Falls alte und neue Hallposition identisch sind, kehrt das Verfahren zu Schritt 620 zurück, da hier von einem Messfehler ausgegangen wird. Ansonsten fährt es in Schritt 640 fort.
In Schritt 640 wird das Signal n/DIR auf HIGH gesetzt. Dann wird in Schritt 650 die Drehrichtung DIR abgefragt. Falls diese einen Vorwärtslauf anzeigt, wird das Signal n/DIR in Schritt 660 für eine Zeitdauer t_R auf HIGH gehalten, bevor es in Schritt 680 wieder auf LOW gesetzt wird. Somit wird ein Impuls mit der Impulsdauer t_R für Vorwärtslauf erzeugt.
Falls die in Schritt 650 ermittelte Drehrichtung DIR jedoch einen Rückwärtslauf anzeigt, wird das Signal n/DIR in Schritt 670 für eine Zeitdauer t_L auf HIGH gehalten, bevor es in Schritt 680 wieder auf LOW gesetzt wird. Somit wird ein Impuls mit der Impulsdauer t_L für Rückwärtslauf erzeugt.
In Schritt 690 wird die Wartezeit t_P abgewartet, bevor die Routine 600 zu Schritt 620 zurückkehrt, um einen weiteren Impuls des Signals n/DIR zu erzeugen.
Auf diese Weise erhält man am Ausgang 139 ein Signal, bei dem die Länge t_R oder t_L der Impulse die Drehrichtung anzeigt.
Die Erfindung eignet sich in gleicher Weise für einen Linearmotor, um dessen Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit anzuzeigen.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich.

Claims

Verfahren zur Erzeugung eines richtungsabhängigen Geschwindigkeitssignals (n/DIR) bei einer Anordnung (120), welche sich vorwärts und rückwärts bewegen kann, welches Verfahren folgende Schritte aufweist: A) Eine zur Geschwindigkeit der Anordnung proportionale Zahl von Impulsen pro Zeiteinheit wird erzeugt; B) die Bewegungsrichtung (DIR) der Anordnung wird ermittelt; C) die Zeitdauer (t_R, t_L) der Impulse wird abhängig von der ermittelten Bewegungsrichtung (DIR) gesteuert; die Impulse werden als richtungsabhängig modifiziertes Geschwindigkeitssignal ausgegeben.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem das erzeugte Geschwindigkeitssignal (n/DIR) ein binäres Signal ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem nach der Erzeugung eines Impulses eine impulslose Pause mit einer vorgegebenen Zeitdauer (t_P) erzeugt und während dieser Pause die Erzeugung eines neuen Impulses gesperrt wird.
Anordnung, welche sich vorwärts und rückwärts drehen kann, insbesondere elektronisch kommutierter Motor (120), mit einem Ausgang (139) zur Ausgabe eines digitalen Geschwindigkeitssignals (n/DIR) in Form von Impulsen, welche Anordnung zur Ausführung folgender Schritte ausgebildet ist: A) Proportional zur ermittelten Geschwindigkeit wird eine vorgegebene Zahl von Impulsen pro Zeiteinheit erzeugt; B) die Bewegungsrichtung (DIR) wird ermittelt; C) die Zeitdauer (t_R, t_L) der erzeugten Impulse wird abhängig von der ermittelten Bewegungsrichtung (DIR) gesteuert.
Anordnung nach Anspruch 4, bei welcher das erzeugte bewegungsrichtungsabhängig modifizierte Geschwindigkeitssignal (n/DIR) ein binäres Signal ist.
Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, bei welcher nach der Erzeugung eines Impulses eine impulslose Pause mit einer vorgegebenen Zeitdauer (t_P) erzeugt wird, und während dieser Pause die Erzeugung eines neuen Impulses gesperrt wird.