DE102007029362A1

DE102007029362A1 - Resolveranordnung mit rechteckförmiger Erregerspannung gespeister Rotorspule

Info

Publication number: DE102007029362A1
Application number: DE102007029362A
Authority: DE
Inventors: Stephan Geisler; Thomas Götze
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-06-26
Filing date: 2007-06-26
Publication date: 2009-01-02
Anticipated expiration: 2027-06-27
Also published as: DE102007029362B4; WO2009000788A1

Abstract

Eine Resolveranordnung weist eine auf einem Rotor angeordnete Rotorspule (1), zwei um 90° elektrisch gegeneinander versetzt auf einem Stator angeordnete Statorspulen (2, 3), eine Speiseeinrichtung (7) und eine Wandlereinrichtung (8) auf. Mittels der Speiseeinrichtung (7) ist in die Rotorspule (1) eine hochfrequente rechteckförmige Erregerspannung (UE) einspeisbar. Mittels der in die Rotorspule (1) eingespeisten Erregerspannung (UE) sind in den Statorspulen (2, 3) Statorspannungen (USS-A, USC-A) induzierbar, deren Frequenz mit der Frequenz der Erregerspannung (UE) korrespondiert und deren Amplitude mit der Drehstellung des Rotors relativ zum Stator moduliert ist. Die Statorspannungen (USS-A, USC-A) sind der Wandlereinrichtung (8) zuführbar. Von dieser sind die Statorspannungen (USS-A, USC-A) analog-digital wandelbar, so dass anhand der analog-digital gewandelten Statorspannungen (USS-D, USC-D) die Drehstellung des Rotors ermittelbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Resolveranordnung mit einer auf einem Rotor angeordneten Rotorspule und zwei um 90° elektrisch gegeneinander versetzt auf einem Stator angeordneten Statorspulen, einer Speiseeinrichtung und einer Wandlereinrichtung,

– wobei mittels der Speiseeinrichtung in die Rotorspule eine hochfrequente Erregerspannung einspeisbar ist,
– wobei mittels der in die Rotorspule eingespeisten Erregerspannung in den Statorspulen Statorspannungen induzierbar sind, deren Frequenz mit der Frequenz der Erregerspannung (Erregerfrequenz) korrespondiert und deren Amplitude mit der Drehstellung des Rotors moduliert ist,
– wobei die Statorspannungen der Auswertungseinrichtung zuführbar sind,
– wobei die Statorspannungen von der Wandlereinrichtung analog-digital wandelbar sind, so dass anhand der analog-digital gewandelten Statorspannungen die Drehstellung des Rotors ermittelbar ist.

Eine derartige Resolveranordnung ist beispielsweise aus der DE 10 2005 005 024 A1 bzw. den korrespondierenden Schriften US 2006/170579 A1 und WO 2006/082244 A1 bekannt. Gemäß diesem Stand der Technik wird die Rotorspule – wie allgemein üblich – mit einer sinusförmigen Erregerspannung gespeist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die bekannte Resolveranordnung einfacher und kostengünstiger auszugestalten, wobei jedoch die bewährte Wirkungsweise beibehalten werden soll.
Die Aufgabe wird durch eine Resolveranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9.
Erfindungsgemäß ist die Erregerspannung, die in die Rotorspule einspeisbar ist, rechteckförmig. Auf Grund dieser Ausgestaltung ist zunächst die Speiseeinrichtung einfacher und kostengünstiger realisierbar.
Auf Grund des Umstands, dass die Erregerspannung rechteckförmig ist, weist die Erregerspannung alternierend während einer ersten Ansteuerzeit einen ersten Spannungswert und während einer zweiten Ansteuerzeit einen zweiten Spannungswert auf. Die erste und die zweite Ansteuerzeit sind in aller Regel gleich groß. Weiterhin weisen der erste und der zweite Spannungswert in der Regel den gleichen Betrag, jedoch verschiedene Vorzeichen auf.
Im Stand der Technik und auch bei der vorliegenden Erfindung weist die Wandlereinrichtung für jede Statorspannung einen eigenen Wandlerkanal auf. Jeder Wandlerkanal weist einen Sigma-Delta-Wandler und ein dem Sigma-Delta-Wandler nachgeordnetes digitales Filter auf. Im jeweiligen Sigma-Delta-Wandler wird die jeweilige Statorspannung in einen Bitstrom gewandelt. Der jeweilige Bitstrom wird im jeweiligen digitalen Filter in ein Mehrbitwort umgesetzt. Ebenso sowohl beim oben genannten Stand der Technik als auch bei der vorliegenden Erfindung weist jeder Wandlerkanal einen Demodulator auf, dem ein mit dem Vorzeichen der Erregerspannung korrespondierendes Binärsignal zuführbar ist und der bewirkt, dass die jeweilige analog-digital-gewandelte Statorspannung gegenüber der korrespondierenden Statorspannung je nach Wert des Binärsignals invertiert oder beibehalten wird. Der Demodulator ist dem jeweiligen digitalen Filter vorgeordnet. Insbesondere kann der Demodulator als XOR-Gatter ausgebildet sein, das zwischen dem Sigma-Delta-Wandler und dem digitalen Filter des jeweiligen Wandlerkanals angeordnet ist.
Die digitalen Filter der Wandlerkanäle weisen eine Integrationszeit auf. Die Integrationszeit ist vorzugsweise ein ganzzahliges Vielfaches einer mit der Erregerfrequenz korrespondierenden Periode.
Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen. Es zeigen in Prinzipdarstellung:
1 ein Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Resolveranordnung,
2 ein Zeitdiagramm und
3 eine modifizierte Darstellung der Resolveranordnung von 1, bei der einige vorteilhafte Ausgestaltungen realisiert sind.
Gemäß 1 weist eine Resolveranordnung eine Rotorspule 1 und zwei Statorspulen 2, 3 auf. Die Rotorspule 1 ist auf einem Rotor 4 angeordnet, der um eine Rotationsachse 5 drehbar ist. Die Statorspulen 2, 3 sind in einem Stator 6 befestigt. Mit dem Begriff „Stator" ist hierbei nicht notwendigerweise ein Stator im Sinne des Stators einer elektrischen Maschine gemeint. Mit dem Begriff Stator soll lediglich ein ortsfestes Element bezeichnet werden.
Die Statorspulen 2, 3 sind um 90° elektrisch gegeneinander versetzt angeordnet. Beispielsweise kreuzen sie sich gemäß 1 in der Nähe der Rotationsachse 5 unter einem Winkel von 90°.
Die Rotoranordnung weist weiterhin eine Speiseeinrichtung 7 auf. Mittels der Speiseeinrichtung 7 ist in die Rotorspule 1 eine Erregerspannung UE einspeisbar. Die Erregerspannung UE ist gemäß 2 rechteckförmig. Sie weist in der Regel eine Erregerfrequenz f auf, die zwischen 1 und 20 kHz liegt und damit hochfrequent ist. Die Erregerfrequenz f kann alternativ fest vorgegeben oder einstellbar sein.
Die Erregerspannung UE weist, weil sie rechteckförmig ist, entsprechend 2 alternierend während einer ersten Ansteuerzeit T1 einen ersten Spannungswert U1 und während einer zweiten Ansteuerzeit T2 einen zweiten Spannungswert U2 auf. Die Summe der Ansteuerzeiten T1, T2, also die Periode T der Erregerspannung UE, entspricht hierbei dem Kehrwert der Erregerfrequenz f. Ein Tastverhältnis, also der Quotient von erster zu zweiter Ansteuerzeit T1, T2, hat gemäß 2 vorzugsweise den Wert 1. Es gilt also vorzugsweise, dass die Ansteuerzeiten T1, T2 gleich groß sind.
Der erste und der zweite Spannungswert U1, U2 weisen voneinander verschiedene Vorzeichen auf. Ihre Beträge sind in der Regel gleich.
Die Anordnung der Rotorspule 1 und der Statorspulen 2, 3 ist derart, dass mittels der in die Rotorspule 1 eingespeisten Erregerspannung UE in den Statorspulen 2, 3 Statorspannungen USS-A, USC-A induzierbar sind. Der letzte Buchstabe steht hierbei für den Umstand, dass die beiden Statorspannungen USS-A, USC-A analoge Spannungen sind. Die Frequenz der Statorspannungen USS-A, USC-A korrespondiert mit der Erregerfrequenz f. Ihre Amplitude ist mit der Drehstellung α des Rotors 4 relativ zum Stator 6 moduliert.
Die Statorspannungen USS-A, USC-A werden einer Wandlereinrichtung 8 zugeführt. Von der Wandlereinrichtung 8 werden die Statorspannungen USS-A, USC-A analog-digital-gewandelt. Sie erzeugt also analog-digital-gewandelte Statorspannungen USS-D, USC-D. Die gewandelten Statorspannungen USS-D, USC-D werden einem Winkelermittler 9 zugeführt, der anhand der ihm zugeführten Statorspannungen USS-D, USC-D die Drehstellung α des Rotors 4 ermittelt.
Die Wandlereinrichtung 8 weist in einer bevorzugten Ausgestaltung – siehe 3 – für jede Statorspannung USS-A, USC-A einen eigenen Wandlerkanal 10, 11 auf. Jeder Wandlerkanal 10, 11 weist einen Sigma-Delta-Wandler 12 und ein dem Sigma-Delta-Wandler 12 nachgeordnetes digitales Filter 13 auf. Im jeweiligen Sigma-Delta-Wandler 12 wird die jeweilige Statorspannung USS-A, USC-A in einen Bitstrom (bit stream) gewandelt. Der jeweilige Bitstrom wird im jeweiligen Digitalfilter 13 in ein Mehrbitwort umgesetzt. Das Mehrbitwort kor respondiert mit der jeweiligen digitalisierten Statorspannung USS-D bzw. USC-D.
Die digitalen Filter 13 der Wandlerkanäle 10, 11 weisen eine Integrationsfrequenz f' auf. Mit der Integrationsfrequenz f' korrespondiert eine Integrationszeitkonstante T'. Gemäß 3 ist die Integrationszeitkonstante T' ein ganzzahliges Vielfaches der Erregerperiode T.
Vorzugsweise weist jeder Wandlerkanal 10, 11 einen Demodulator 14 auf, dem ein Binärsignal zuführbar ist. Das Binärsignal korrespondiert hierbei mit dem Vorzeichen der Erregerspannung UE. Es weist also insbesondere die Erregerfrequenz f auf. Der Demodulator 14 bewirkt, dass die jeweilige analog-digital-gewandelte Statorspannung USS-D, USC-D gegenüber der korrespondierenden Statorspannung USS-A, USC-A je nach Wert des Binärsignals invertiert oder beibehalten wird.
Vorzugsweise sind die Demodulatoren 14 entsprechend 3 den digitalen Filtern 13 vorgeordnet. Sie können in diesem Fall als XOR-Gatter ausgebildet sein, die zwischen dem Sigma-Delta-Wandler 12 und dem digitalen Filter 13 des jeweiligen Wandlerkanals 10, 11 angeordnet sind.
Mittels der erfindungsgemäßen Resolveranordnung ist auf einfache Weise eine einfache, kostengünstige und stabile Betriebsweise der Resolveranordnung realisierbar.
Die obige Beschreibung dient ausschließlich der Erläuterung der vorliegenden Erfindung. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung soll hingegen ausschließlich durch die beigefügten Ansprüche bestimmt sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005005024 A1 [0002]
- US 2006/170579 A1 [0002]
- WO 2006/082244 A1 [0002]

Claims

Resolveranordnung mit einer auf einem Rotor (4) angeordneten Rotorspule (1) und zwei um 90° elektrisch gegeneinander versetzt auf einem Stator (6) angeordneten Statorspulen (2, 3), einer Speiseeinrichtung (7) und einer Wandlereinrichtung (8), – wobei mittels der Speiseeinrichtung (7) in die Rotorspule (1) eine hochfrequente rechteckförmige Erregerspannung (UE) einspeisbar ist, – wobei mittels der in die Rotorspule (1) eingespeisten Erregerspannung (UE) in den Statorspulen (2, 3) Statorspannungen (USS-A, USC-A) induzierbar sind, deren Frequenz mit der Frequenz (f) der Erregerspannung (UE) (Erregerfrequenz f) korrespondiert und deren Amplitude mit der Drehstellung (α) des Rotors (4) relativ zum Stator (6) moduliert ist, – wobei die Statorspannungen (USS-A, USC-A) der Wandlereinrichtung (8) zuführbar sind, – wobei die Statorspannungen (USS-A, USC-A) von der Wandlereinrichtung (8) analog-digital wandelbar sind, so dass anhand der analog-digital gewandelten Statorspannungen (USS-D, USC-D) die Drehstellung (α) des Rotors (4) ermittelbar ist.
Resolveranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspannung (UE) alternierend während einer ersten Ansteuerzeit (T1) einen ersten Spannungswert (U1) und während einer zweiten Ansteuerzeit (T2) einen zweiten Spannungswert (U2) aufweist, dass die erste und die zweite Ansteuerzeit (T1, T2) gleich groß sind und dass der erste und der zweite Spannungswert (U1, U2) den gleichen Betrag, jedoch verschiedene Vorzeichen aufweisen.
Resolveranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinrichtung (8) für jede Statorspannung (USS-A, USC-A) einen eigenen Wandlerkanal (10, 11) aufweist, dass jeder Wandlerkanal (10, 11) einen Sigma-Delta-Wandler (12) und ein dem Sigma-Delta- Wandler (12) nachgeordnetes digitales Filter (13) aufweist, dass die jeweilige Statorspannung (USS-A, USC-A) im jeweiligen Sigma-Delta-Wandler (12) in einen Bitstrom gewandelt wird und dass der jeweilige Bitstrom im jeweiligen Digitalfilter (13) in ein Mehrbitwort umgesetzt wird.
Resolveranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Wandlerkanal (10, 11) einen dem jeweiligen digitalen Filter (13) vorgeordneten Demodulator (14) aufweist, dem ein mit dem Vorzeichen der Erregerspannung (UE) korrespondierendes Binärsignal zuführbar ist und der bewirkt, dass die jeweilige analog-digital-gewandelte Statorspannung (USS-D, USC-D) gegenüber der korrespondierenden Statorspannung (USS-A, USC-A) je nach Wert des Binärsignals invertiert oder beibehalten wird.
Resolveranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Demodulator (14) als XOR-Gatter ausgebildet ist, das zwischen dem Sigma-Delta-Wandler (12) und dem digitalen Filter (14) des jeweiligen Wandlerkanals (10, 11) angeordnet ist.
Resolveranordnung nach Anspruch 3, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Filter (13) der Wandlerkanäle (10, 11) eine Integrationszeitkonstante (T') aufweisen und dass die Integrationszeitkonstante (T') ein ganzzahliges Vielfaches einer mit der Erregerfrequenz (f) korrespondierenden Periode (T) ist.