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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Signaldemodulieren eines Resolvers,
insbesondere ein Verfahren, durch welches die Bestandsteile der
Lageinformation der Amplitude derart demodulierbar und analysierbar
sind, dass das Ansteuerungsteil das Rückführsignal einwandfrei ablesen
kann, wodurch eine erhöhte Auflösung gewährleistet
ist.
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Ein
rotierendes Magnetfeld wird von einem Transistor-Dreiphasenumwandler
mittels Pulsmodulation im Stator des Motors erregt, welches mit
dem von permanentem Magnet im Rotor erregten Magnetfeld zum Erregen
eines Drehmoments zusammenwirkt. Ein elektronischer Phasenwandler
sorgt dafür,
dass die Richtung des von Stator erregten Magnetfelds immer senkrecht
zu der Richtung des Magnetfelds vom permanenten Magneten ist, um
ein maximales Drehmoment zu erzeugen. Um das Ziel zu erreichen,
muss der Resolver den elektronischen Phasenwandler durch Rückführung regeln.
Das heißt,
dass die Stellung von Rotorpolen präzis und genau ermittelt und
das Lagesignal zum Antriebselement zurückgeführt wird, woraufhin das Antriebselement
einen entsprechenden Befehl zum Erregen der Statorspule sendet,
sodass die Richtung des von Statorspulen erzeugten Magnetfelds immer
senkrecht zu der Richtung des Magnetfelds vom permanenten Magneten
ist, um eine maximale Ausgangsleistung des Motors zu erreichen.
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In 1 ist
ein Standard-Ausgangssignal des Resolvers dargestellt. Der Chip
im herkömmlichen
Resolver-Digital-Umsetzer (RDC, Resolver to Converter) auf dem Markt
oder der das Lagerückführungssignal des
Resolvers empfangbare Regler kann nur das in 1 dargestellte
Standard-Ausgangssignal des Resolvers empfangen.
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Des
Weiteren wird in der amerikanischen Patentanmeldung 4,733,117 hauptsächlich beschrieben,
wie ein dreiphasiges Ausgangssignal (die Abweichung der Phasenlagen
beträgt
jeweils 120°)
eines Resolvers mit veränderbarem
magnetischen Widerstand, wie aus
2 ersichtlich,
durch eine Wicklungsmethode in ein Standard-Zweiphasenausgangssignal
des Resolvers (wie das in
1 dargestellte
Ausgangssignal) umgewandelt wird. Diese Demodulation wird wie folgt
beschrieben:
In
3 ist ein vereinfachter Schaltplan
eines dreiphasigen Resolvers mit veränderbarem magnetischen Widerstand
schematisch dargestellt. Die vereinfachten mathematischen Formeln
des Dreiphasenausgangssignals sind:
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Durch
die Vektorkopplung werden R1sinθ = 2Va – Vb – Vc, R2cosθ = Vb – Vc errechnet und die Usm·sinωt kann eliminiert werden, damit
das Ausgangssignal des Resolvers gemäß 2 in ein
in 1 dargestelltes Standard-Ausgangssignal umgewandelt.
Der größte Nachteil
dieses Demodulationsverfahrens liegt darin, dass sich die verzerrte
Wellenform (wie in 4 gezeigt) nicht modifizieren
lässt,
welche wiederum die Absendung von falschen Signalen verursacht.
Deswegen liest der RDC falsches Signal ab und das Lagerückführungssignal
kann nicht genau empfangen. Im Ganzen genommen wird die Auflösung stark
reduziert.
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Durch
die obige Beschreibung wird deutlich, dass der weitere wirtschaftliche
Nutzen durch den herkömmlichen
Entwurf der Demodulationsschaltung des Resolvers nicht erhöht werden
kann. Deswegen ist dies als nicht optimal anzusehen.
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JP 05296790 A offenbart
einen Signalprozessor eines magnetischen Resolvers. Dieser dient
dem Erfassen einer Rotationsposition, in dem der Wert für eine Phasendrift
aufgrund einer Änderung
im magnetischen Widerstand des Resolvers erkannt wird und ein erfasster
Drehwinkel auf Grundlage dieses Driftwerts korrigiert wird. Zu diesem
Zweck werden zunächst
die Spannungssignale der vier Spulen des magnetischen Resolvers erfasst
und ausgewertet. Im Rahmen dieser Auswertung wird eine Phasendifferenz
im Vergleich zu einem spezifischen Frequenzsignal bestimmt. Mit
Hilfe einer entsprechenden Vorrichtung wird nachfolgend ein Wert
für eine
Phasendrift aus einer weiteren ermittelten Phasendifferenz zwischen
einem speziellen Referenzsignal und weiteren Spannungswerten, beispielsweise
des Generators, ermittelt. Auf dieser Grundlage ist es möglich, zunächst einen
Drehwinkel des Rotors zu bestimmen und diesen nachfolgend zu korrigieren,
um eine genaue Positionserfassung zu erhalten.
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US
2002/0005674 A1 offenbart einen Reluktanzresolver, der den Einfluss
von kriechendem Magnetfluss reduziert. Zu diesem umfasst der Reluktanzresolver
einen Stator mit einer Vielzahl von Erregerzähnen, die jeweils mit einer
Erregerwicklung versehen sind. Diese Erregerwicklung ist derart
auf jedem Zahn angeordnet, dass der magnetische Fluss durch alle
Erregerzähne
die gleiche Richtung aufweist. Der Stator umfasst Zähne, die
einen umgehenden magnetischen Pfad bereitstellen, da in diesen Zähnen der
magnetische Fluss dem in den Erregerzähnen entgegengerichtet ist.
Auf diese Weise können
die Erregerwicklungen in Richtungen gewickelt werden, die weniger
anfällig
für kriechenden
Magnetfluss sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das oben beschriebene Problem
zu lösen
und ein Verfahren zum Demodulieren des Lagesignals eines Resolvers
zu entwickeln, durch welches die Bestandteile der Lageinformation
der Amplitude derart demodulierbar und analysierbar sind, dass das
Ansteuerungsteil das Rückführsignal
einwandfrei ablesen kann, wodurch eine erhöhte Auflösung gewährleistet ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
ein Verfahren zum Demodulieren des Lagesignals eines Resolvers,
das die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist. Weitere vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung gehen aus dem Unteranspruch hervor.
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Im
Folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang
mit den Figuren näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung des Standard-Ausgangssignals eines herkömmlichen
Resolvers;
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2 eine
schematische Darstellung des Ausgangssignals eines Resolvers mit
veränderbarem
magnetischen Widerstand;
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3 eine
schematische Darstellung eines vereinfachten Schaltplans eines herkömmlichen
dreiphasigen Resolvers mit veränderbarem
magnetischen Widerstand;
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4 in
einem Diagramm den Zusammenhang zwischen der Amplitude und der Zeit
gemäß dem Stand
der Technik;
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5 eine
schematische Darstellung eines Verfahrenablaufs gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
schematische Darstellung der Ausgangswellenform des Signals von
A Phasenlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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7 eine
schematische Darstellung der Ausgangswellenform des Signals von
B Phasenlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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8 eine
schematische Darstellung der Ausgangswellenform des Signals von
C Phasenlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
schematische Darstellung der Ausgangswellenform des Signals von
D Phasenlage gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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10 eine
schematische Darstellung eines vereinfachten Schaltplans eines vierphasigen
Resolvers mit veränderbarem
magnetischen Widerstand gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend
auf 4 bis 10 ist
ein Ausführungsbeispiel
zur Darstellung der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Patentantrag
soll nicht von dieser Ausführung
begrenzt werden.
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Wie
aus 5 ersichtlich, ist der Demodulationsablauf eines
Resolvers der vorliegenden Erfindung dargestellt. Ein Erregungssignal
wird eingegeben. Nachdem der gegentaktartige Verstärkungskreis
die Ausfächerungsfähigkeit
erhöht
hat, wird die Amplitude des Ausgangssignals von Resolver durch einen
Spannungsregler zur Erhöhung
der Auflösung
homogen moduliert. Nach der Demodulationsumformung durch den Subtraktor
wird die Signalstärke
durch einen Verstärkungskreis
eingestellt, wodurch die von einem Resolver-Digital-Umsetzer (RDC,
Resolver to Converter) oder einem Steuergerät erkennbare Signalwellenform
zur Verfügung
gestellt werden kann.
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Des
Weiteren wird bei der vorliegenden Erfindung eine Vierphasenkonfiguration
als Beispiel genommen. Die Resolver mit veränderbarem magnetischem Widerstand
der vorliegenden Erfindung sind jeweils A(0°), B(90°), C(180°), D(270°), deren Ausgangssignale in
6 bis
9 gezeigt
sind. Die vereinfachten mathematischen Formeln sind folgende Gleichungen:
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Es
empfiehlt sich, dass die zwei um 180° versetzten Ausgangssignale
von den Ausgangssignalen aus dem vierphasigen Resolver jeweils sich
subtrahieren, um das einheitliche Ausgangssignal zu erzeugen. R1sinθ =
A – C(R1,R2: sind Konstanten) R2cosθ =
B – D
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Das
heißt,
dass die zwei um 180° versetzten
Ausgangssignale mittels elektronischer Schaltung gegenseitig subtrahieren
(und zwar Va–Vc
und Vb–Vd).
Stimmen alle Amplituden der vier Signale überein (Ua=Ub=Uc=Ud), dann
wird das einheitliche Ausgangssignal (wie aus 1 ersichtlich)
des Resolvers erzeugt. Aber infolge der Abweichung der mechanischen
Verarbeitung und der ungleichmäßigen Wicklung
jeglicher Phasenspule, ist die Amplitude jeder Phase nicht identisch
(Ua≠Ub≠Uc≠Ud), was wiederum
zur Verzerrung des einheitlichen zweiphasigen Ausgangssignal des
Resolvers führen
kann. Auf diese Weise wird die Positionierungsgenauigkeit beeinträchtigt.
In 10 ersichtlich ist ein Schaltplan der vorliegenden
Erfindung schematisch dargestellt. Im Demodulationsschritt der vorliegenden
Erfindung wird das ursprüngliche
Ausgangssignal des vierphasigen Resolvers 1 zuerst durch
einen Spannungsregler 2 des einstellbaren Verstärkungskreises
auf gleiche Amplitude bearbeitet (also Ua=Ub=Uc=Ud), danach wird
es zur Subtraktion an die Subtraktoren 3 gesendet (und
zwar Va–Vc
und Vb–Vd).
Dann wird die Stärke
des Signals von dem Verstärkungskreis
reguliert, um die vom Resolver-Digital-Umsetzer 5 (RDC,
Resolver to Converter) oder Regler erkennbare Signalwellenform zur
Verfügung
zu stellen. Auf diese Weise ist ein unverzerrtes einheitliches Ausgangssignal
des Resolvers erhältlich.
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Deswegen
richtet sich die vorliegende Erfindung darauf aus, wie das vierphasige
Ausgangssignal eines Resolvers mit veränderbarem magnetischen Widerstand
durch die elektronischen Schaltungen in eine einheitliche zweiphasige
Ausgabe des Resolvers umformt werden kann. Außerdem wird durch die erfindungsgemäßen Schaltungen
vermieden, dass die Herabsetzung der Auflösungspräzision des Resolvers auftritt,
was auf die Abweichung der mechanischen Verarbeitung oder die ungleichmäßige Wicklung
jeglicher Phasenspule zurückzuführen ist.
Hierdurch ergeben sich erfindungsgemäß die Erhöhung der Genauigkeit sowie
die Herabsetzung von Herstellungskosten.
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Zusammenfassend
weist die vorliegende Erfindung folgende Vorteile auf:
Die
Amplituden des idealen Amplitudenmodulationssignals müssen übereinstimmen.
Es können
aber häufig kleine
Abweichungen eintreten, die auf mechanische Verarbeitungsfehler,
ungleichmäßige Wicklung
und den Einfluss von Harmonischen zurückzuführen sind. Hierdurch ergibt
sich eine deutliche Verzerrung der Wellenform. Deswegen wird der
Resolver zur Beseitigung geradzahliger Harmonische vierphasig ausgeführt und
wird die Abweichung der Amplitude von einstellbarem Verstärkungskreis
reduziert, um das Signal zu erzeugen, welches ähnlicher wie das traditionelle
Signal des Resolvers ist. Darüber
hinaus kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung ebenfalls im
modifizierten mehrphasigen Resolver Anwendung finden, sofern das
demodulierte Signal die Versetzung von 90° erfüllt und durch Nullwert durchläuft, kann
er von RDC abgelesen werden.
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- 1
- vierphasiger
Resolver
- 2
- Spannungsregler
- 3
- Subtraktor
- 4
- Verstärkungskreis
- 5
- Resolver-Digital-Umsetzer
(RDC, Resolver to Converter)
