DE102010023743A1

DE102010023743A1 - Phasendifferenztyp-Drehmelder

Info

Publication number: DE102010023743A1
Application number: DE102010023743A
Authority: DE
Inventors: Takumi Obu-shi Kamiya; Takehide Obu-shi Nakumura; Tetsuji Obu-shi Inoue; Hiroaki Obu-shi Miyazaki; Takeshi Obu-shi Suzuki
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2010-12-16
Also published as: CN101922945A; US8344723B2; JP2011022126A; US20100315075A1; CN101922945B; JP5341714B2

Abstract

Ein Phasendifferenztyp-Drehmelder ist so angepasst, dass ein Rechner (16) einen Winkel (θ_(X)) aus einer Phasendifferenz (M_(X)) bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X) berechnet, eine Geschwindigkeit (V_(X)) bei dem Winkel (θ_(X)) basierend auf einem aus einer Phasendifferenz (M_(X-1)) bei einem vorangegangenem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X – 1) basierenden Winkel (θ_(X)) bestimmt, einen geschätzten Winkel (θ'_(X+1)) bei einem nächsten Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X + 1) basierend auf der Geschwindigkeit (V_(X)) berechnet, eine Differenz zwischen dem geschätzten Winkel (θ'_(X+1)) und dem Winkel (θ_(X)) durch vorbestimmte minimale Erfassungswinkeln (θ_LSB) dividiert, und ein Echtzeitsignal basierend auf den minimalen Erfassungswinkeln (θ_LSB) in einem Bereich nach dem Winkel (θ_(X)) aber vor dem geschätzten Winkel (θ'_(X+1)) ausgibt.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Drehmelder von einem Phasendifferenztyp, der eine Erregerspule zum Empfangen eines Erregersignals, eine Erfassungsspule zum Ausgeben eines Erfassungssignals und eine Steuerungseinheit zum Berechnen einer Winkelverschiebung basierend auf einer Phasendifferenz zwischen dem Erregersignal und dem Erfassungssignal enthält.
Bisher wurde in einem Hybrid-Elektrofahrzeug und einem Elektrofahrzeug ein bürstenloser Hochleistungsmotor verwendet. Zur Steuerung eines solchen in ein Hybridelektrofahrzeug eingebauten bürstenlosen Motors ist es notwendig, eine rotatorische Position einer Ausgangswelle eines Motors genau zu erfassen, da eine rotatorische Position eines Rotors genau erfasst werden muss, um ein Schalten einer Erregung für jede Spule eines Stators zu steuern. Insbesondere gibt es für ein Fahrzeug eine Anforderung an ein Vermindern von Ruckeln, das dazu führt, eine Fahrdynamik zu verschlechtern. Somit ist ein genaues Schalten einer Erregung für jede Spule in hohem Maß erforderlich.
Für eine Erfassung der Stellung einer Fahrzeugmotorwelle wird wegen seines Beriebsverhaltens, wie zum Beispiel einer Hochtemperaturbeständigkeit, Rauschbeständigkeit, Vibrationsbeständigkeit und einer hohen Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, ein Drehmelder verwendet. Der Drehmelder ist in dem Motor montiert und direkt an der Rotorwelle des Motors angebracht.
Ein Drehmelder der Patentliteratur 1 ( japanisches Patent Nr. 3047231 ( US 6,239,571 B1 )) ist zum Beispiel so angeordnet, dass eine Hochfrequenzwelle durch eine Sinuswelle und eine Kosinuswelle Amplitudenmoduliert wird. Die Amplitudenmodulierte Hochfrequenzwelle wird als ein Erregersignal in eine Erregerspule eingegeben. Dies kann für einen Effekt einer Reduzierung der Anzahl von Windungen der Erregerspule sorgen. Hierbei sind die Sinuswelle, die Kosinuswelle und die Hochfrequenzwelle analoge Wellen.
Die Steuerungseinheit berechnet basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Nulldurchgangspunkt des Erregersignaleingangs in die Erregerspule und einem Nulldurchgangspunkt einer Erfassungssignalausgabe von einer Suchspule eine Winkelverschiebung.
Jedoch hat der konventionelle Phasendifferenztyp-Drehmelder folgende Nachteile.
Der konventionelle Phasendifferenztyp-Drehmelder enthält die Erregerspule, die das Erregersignal empfängt, und die Erfassungsspule, die das Erfassungssignal ausgibt, und berechnet die Winkelverschiebung basierend auf der Phasendifferenz zwischen dem Nulldurchgangspunkt des Erregersignals der Erregerspule und dem Nulldurchgangspunkt des Erfassungssignals der Erfassungsspule.
Dementsprechend konnte die Winkelverschiebung nur in den Perioden des Erregersignals erfasst werden, und daher ist es in dem Fall wo eine höhere Auflösung verlangt wird ungeeignet.
Zum Beispiel ist unter der Annahme, dass ein Erregersignal von 7,2 kHz verwendet wird, die Winkelgeschwindigkeit 18.000 Grad (°) pro Sekunde, wenn die Motordrehzahl 3.000 min^–1 ist. Somit ist ein erfassbarer minimaler Winkel 18.000/7.200 = 2,5°.
Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um die obigen Probleme zu lösen, und hat den Zweck, einen Drehmelder von einem Phasendifferenztyp bereitzustellen, der zum Erfassen einer Winkelverschiebung, für die eine hohe Auflösung gefordert ist, geeignet ist.
Die Probleme werden durch die Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 12 gelöst. Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

(1) Ein Aspekt der Erfindung stellt einen Phasendifferenzdrehmelder bereit, aufweisend: eine Erregerspule zum Empfangen eines Erregersignals, eine Erfassungsspule zum Ausgeben eines Erfassungssignals und eine Steuerungseinheit zum Berechnen einer Winkelverschiebung basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt der Erregerspule und einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt der Erfassungsspule, wobei die Steuerungseinheit eine Geschwindigkeit aus einem Winkel, der aus einer Phasendifferenz bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt berechnet wird, bestimmt, wobei die Geschwindigkeit basierend auf dem Winkel und einem aus einer Phasendifferenz bei einem vorangegangenen Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt berechneten Winkel bestimmt wird, einen ge schätzten Winkel bei einem nächsten Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt basierend auf der Geschwindigkeit berechnet, eine Differenz zwischen dem geschätzten Winkel und dem Winkel durch vorbestimmte minimale Erfassungswinkel dividiert, und basierend auf den minimalen Erfassungswinkeln in einem Bereich nach dem Winkel aber vor dem geschätzten Winkel ein Echtzeitsignal ausgibt.
(2) Weiterhin stellt ein anderer Aspekt der Erfindung einen Phasendifferenzdrehmelder bereit, aufweisend: eine Erregerspule zum Empfangen eines Erregersignals, eine Erfassungsspule zum Ausgeben eines Erfassungssignals, und eine Steuerungseinheit zum Berechnen einer Winkelverschiebung basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt der Erregerspule und einem Erfassungssignals-Nulldurchgangspunkt der Erfassungsspule, wobei die Steuerungseinheit einen Erregersignalwinkel aus einem Wert des Erregersignals zu einem Zeitpunkt berechnet, einen Erfassungssignalwinkel aus einem Wert des Erfassungssignals zu dem Zeitpunkt berechnet und einen momentanen Winkel basierend auf einer Differenz zwischen dem Erregersignalwinkel und dem Erfassungssignalwinkel abschätzt.

Mit der obigen Konfiguration (1) kann die Winkelverschiebung an dem nächsten Nulldurchgangspunkt zu jeder kurzen vergangenen Zeit basierend auf der Geschwindigkeit, die die unmittelbar vorangegangene Rate einer Winkeländerung ist, ausgegeben werden. Sie ist daher selbst in dem Fall, in dem eine hohe Auflösung gefordert ist, in Echtzeit geeignet.
Gemäß der Erfindung kann zum Beispiel die Verwendung des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB = 0,0879°, eine Auflösung bereitstellen, die ungefähr 28 mal höher als eine Auflösung von 2,5° (die Motordrehzahl ist 3.000 min^–1) ist (2,5/0,0879), die in dem Fall, in dem nur die Nulldurchgangspunkte verwendet werden, bereitgestellt werden.
Mit der obigen Konfiguration (2) kann die Winkelverschiebung nicht nur bei den Nulldurchgangspunkten, sondern auch zu jeder Zeit abgeschätzt werden.
1 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau eines Phasendifferenztyp-Drehmelders in einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine Darstellung, die einen Algorithmus eines Berechnungsverfahrens zum Abschätzen eines Winkels zeigt;
3 ist eine Darstellung, die Signale in dem Phasendifferenztyp-Drehmelder zeigt;
4 ist ein erstes Diagramm, um ein Verfahren zum Abschätzen eines Winkels in einem Prozess einer Nulldurchgangspunkterfassungszeiteinstellung zu erklären;
5 ist ein zweites Diagramm, um das Verfahren zum Abschätzen eines Winkels in einem Prozess einer Nulldurchgangspunkterfassungszeiteinstellung zu erklären;
6 ist ein Diagramm, das einen Zustand nach einem Vergehen einer vorbestimmten Zeit von der in 3 gezeigten Zeit zeigt, und einen geschätzten Nulldurchgangspunkt in 3, der zu einem gemessenen Nulldurchgangspunkt kommt, zeigt;
7 ist ein Diagramm, das ein konkretes Verfahren zum Korrigieren eines Fehlers zeigt;
8 ist ein Diagramm, das ein Beispiel einer Fehlerkorrektur zeigt;
9 ist ein Diagramm, das ein anderes Beispiel einer Fehlerkorrektur zeigt;
10 ist ein Diagramm, das ein Impulssignal zum Ausgeben eines Echtzeitsignals zeigt;
11 ist ein Diagramm, das ein anderes Impulssignal zum Ausgeben eines Echtzeitsignals zeigt;
12 ist eine erklärende Ansicht, die einen Fall zeigt, in dem keine Winkelabschätzung durchgeführt wird;
13 ist ein Diagramm, das eine Sinuswelle eines Erregersignals und eines Erfassungssignals zeigt;
14 ist ein Diagramm, das ein erstes Korrekturverfahren zeigt;
15 ist ein Diagramm, das ein zweites Korrekturverfahren zeigt; und
16 ist eine Tabelle, die ein Geschwindigkeitsberechnungsverfahren in einer dritten Ausführungsform zeigt.
Eine detaillierte Beschreibung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines Drehmelders von einem Phasendifferenztyp, der die vorliegende Erfindung verkörpert, wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gegeben. Wie in 1 gezeigt, enthält der Phasendifferenztyp-Drehmelder hauptsächlich einen Sensorabschnitt 2 und einen Steuerungsabschnitt 1.
Ein Sinuswellenerzeugender Schaltkreis 11 zum Erzeugen einer Sinuswelle R1 (Asinωt) mit 7,2 kHz, die ein erstes Erregersignal ist, wird mit einer ersten Erregerspule 21 des Drehmelderstators verbunden. Ein Kosinuswellenerzeugender Schaltkreis 12 zum Erzeugen einer Kosinuswelle R2 (Acosωt) mit 7,2 kHz, die ein zweites Erregersignal ist, wird mit einer zweiten Erregerspule 22 des Drehmelderstators verbunden. Die Sinuswelle und die Kosinuswelle haben eine gleiche Amplitude, sind aber um eine Phase von 90° verschoben oder verlagert.
In einer Erfassungsspule 23 wird ein Ausgabesignal K, d. h. ABsin(ωt + θ), als ein induzierter Strom erzeugt. Das Ausgabesignal K wird in einen Vergleicher 14, der in einem Stator angeordnet ist, durch Drehtransformatoren 24 und 25 eingegeben. Andererseits wird eine Sinuswelle (Asinωt) von der Sinuswellenerzeugenden Spule 11 zu einem Vergleicher 13 übertragen. Ausgaben der Vergleicher 13 und 14 werden in den Winkelrechner 16 eingegeben. Weiterhin wird eine Ausgabe eines Referenztaktgebers 15 in den Winkelrechner 16 eingegeben.
Arbeitsweisen des wie oben konfigurierten Drehmelders werden nachstehend erklärt. 3 zeigt Diagramme, die Wellenformen von in dem Drehmelder erzeugten Signalen zeigen. In den Diagrammen gibt eine seitliche Achse eine Zeit an, und eine vertikale Achse gibt eine Amplitude an.
Wenn die erste Erregerspule 21 mit der Sinuswelle R1 (Asinωt) erregt wird und die zweite Erregerspule 22 mit der Kosinuswelle R2 erregt wird, wird das Ausgabesignal K, d. h. ABsin(ωt + θ), als ein induzierter Strom in der Erfassungsspule 23 eines Drehmelderrotors erzeugt. Ein oberes Diagramm in 3 zeigt eine Beziehung zwischen der Sinuswelle R1 und dem Ausgabesignal K.
Das Ausgabesignal K wird zu dem Vergleicher 14, der in dem Stator angeordnet ist, durch die Drehtransformatoren 24 und 25 übertragen.
Andererseits wird die Sinuswelle R1 (Asinωt) von dem Sinuswellenerzeugenden Schaltkreis 11 zu dem Vergleicher 13 übertragen. Basierend auf einer Zeitverschiebung (einer Phasendifferenz M) zwischen der Erfassungs-Zeiteinstellung des Nulldurchgangs der Sinuswelle R1 (Asinωt), die ein durch den Vergleicher 13 zu erfassendes Erregersignal ist, und der durch den Vergleicher 14 zu erfassende Erfassungs-Zeiteinstellung des Nulldurchgangs des Ausgabesignals K (ABsin(ωt + θ)), berechnet ein Winkelrechner 16 einen Rotationswinkel eines Motorrotors. Die Nulldurchgangs-Erfassungszeiteinstellung der durch den Vergleicher 13 erfassten Sinuswelle R1 wird durch Sr in 3 angegeben. Die Nulldurchgangs-Erfassungszeiteinstellung des durch den Vergleicher 14 erfassten Ausgabesignals K wird durch Ss in 3 angegeben. Eine Zeitabweichung zwischen der Nulldurchgangs-Erfassungszeiteinstellung der Sinuswelle R1 und der Nulldurchgangs-Erfassungszeiteinstellung des Ausgabesignals K ist eine Phasendifferenz M. Das heißt, die Einheit der Phasendifferenz M ist eine Zeit.
Der Winkelrechner 16 berechnet die Winkelverschiebung basierend auf der Phasendifferenz M und gibt ein Signal P zu einem Ausga beanschluss 17 aus, das die berechnete Winkelverschiebung darstellt. Die Zeiteinstellung eines Ausgebens des Winkelverschiebungssignals B zu dem Ausgabeanschluss 17 ist fast die gleiche wie der Nulldurchgangspunkt des Ausgabesignals K. Mit anderen Worten berechnet der Winkelrechner 16 den Winkel fast verzögerungsfrei und gibt das Winkelverschiebungssignal P aus.
In der Figur bezeichnet ”X” einen Nulldurchgangspunkt des Erfassungssignals K (nachstehend: ”Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt”), ”X – 1” bezeichnet einen X vorangegangenen Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt, ”X – 2” bezeichnet einen Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt, der X zwei vorangeht und ”X + 1” bezeichnet einen X nachfolgenden Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt. Der Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X wird fortlaufend geändert. Mit anderen Worten wird in dem Moment, in dem das Erfassungssignal K einen nächsten Nulldurchgangspunkt erreicht, der vorangegangene Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1 auf den derzeitigen Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X geändert.
Die Phasendifferenz M(X) gibt eine Phasendifferenz bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X an, und der Winkel θ_(X) gibt einen Winkel bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X an.
Das Winkelverschiebungssignal P wird nur zu fast denselben Perioden wie die Sinuswelle R1, die als das Erregersignal dient, ausgegeben. Dementsprechend könnte das Winkelverschiebungssignal P alleine nur eine niedrige Auflösung einer Winkelverschiebung bereitstellen. Das in dieser Ausführungsform verwendete Erregersignal hat 7,2 kHz. Wenn die Motordrehzahl zum Beispiel 300 min^–1 ist, ist die Winkelgeschwindigkeit 18.000° pro Sekunde. Bei 7,2 kHz ist daher ein erfassbarer minimaler Winkel lediglich 18.000/7.200 = 2,5°.
In dieser Ausführungsform schätzt der Winkelrechner 16 die Winkelverschiebung (einen Verschiebungswinkel) in einem Verfahren der Nulldurchgangserfassungszeiteinstellung und gibt ein Echtzeitsignal S, das die geschätzte Winkelverschiebung (den geschätzten Verschiebungswinkel) darstellt, an einen Ausgabeanschluss 18 aus. Das Echtzeitsignal S wird nachstehend erklärt. 2 zeigt einen Algorithmus, um das Echtzeitsignal S zu berechnen.
Eine Geschwindigkeit V_(X) wird zuerst basierend auf einem vorangehenden (unmittelbar vorangehenden) Winkel und einer Phasendifferenz (S1) berechnet: V(X) = (θ(X) – θ(X-1))/(Tr + M(X) – M(X-1))wobei Tr eine Periode (Zeitpunkt) des Erregersignals ist.
Ein Zeitpunkt T'_θLX zum Addieren und Subtrahieren eines minimalen Erfassungswinkels θ_LSB, der ein Auflösungswinkel ist (S2). Hierbei ist T_θLX ein Zeitpunkt zum Berechnen, um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB, der ein Auflösungswinkel ist, zu finden, d. h. T_θlx = θ_LSB/V_(X). Ein Additionszähler KN_x ist die Anzahl von Ausgaben einer Winkeländerung entsprechend dem minimalen Erfassungswinkel θ_LSB in einer Winkelerfassungsperiode Tr + M_(X) – M_(X-1) und wird durch KN_X = (Tr + M_(X) – M_(X-1))/T_θLX (= (θ_(X) – θ_(X-1))/θ_LSB) ausgedrückt. Ein Korrekturzähler KN'x wird durch Addieren eines späteren Korrekturwerts zu dem Additionszähler erhalten und wird durch KN'x = KNx + α (α ist ein Korrekturwert) ausgedrückt. Zu diesem Zeitpunkt ist T'_θLX = (Tr + M_(X) – M_(X-1)/KN'x).
Als nächstes wird ein derzeitiger geschätzter Winkel θ' (S3) durch Hinzuzählen oder Abziehen des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB immer wenn eine Zeit T'_θLX abläuft, abgeschätzt.
Wenn ein aktueller Winkel θ_(X) zu erfassen ist, wenn ein Fehler β zwischen einem berechneten aktuellen Winkel θ_(X+1) und einem geschätzten Winkel θ'_(X) nicht auftritt (S4: JA), wird α = 0 in S2 eingegeben (S5). Wenn ein Fehler β vorhanden ist (S4: NEIN), wird α = (θ'_(X+1) – θ_(X))/θ_LSB in S2 eingegeben (S6). Hierbei ist θ_(X+1) ein aktueller Winkel, der einem bei θ'_(X) geschätzten Winkel entspricht.
Ein konkretes Berechnungsverfahren unter Verwendung des Algorithmus von 2 wird nachstehend erklärt.
4 und 5 sind Diagramme, die ein Verfahren zum Abschätzen eines Winkels in einem Verfahren der Erfassungssignal-Nulldurchgangserfassungszeiteinstellung zeigen. In jedem Diagramm gibt eine seitliche Achse eine Zeit an und eine vertikale Achse gibt einen Winkel an.
In 4 ist ein Winkel θ_(X) ein aktuell gemessener und berechneter Winkel bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X. Ein Winkel θ_(X-1) ist ein aktuell gemessener und berechneter Winkel bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X – 1, der dem Nulldurchgangspunkt X unmittelbar vorangeht. Ein Winkel θ'_(X+1) ist ein geschätzter Winkel bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1, der dem Nulldurchgangspunkt X folgt. Jedes alphabetische Zeichen mit einem angehängten Strich stellt einen geschätzten Wert dar.
Tr ist eine Periode (Zeit) des Erregersignals. Eine Phasendifferenz M_(X) ist eine Zeitabweichung oder Differenz (Zeit) zwischen dem Erregersignal R1 und dem Erfassungssignal K bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X. Eine Phasendifferenz M_(X-1) ist eine Zeitabweichung oder Differenz (Zeit) zwischen dem Erregersignal R1 und dem Erfassungssignal K bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X – 1. Eine geschätzte Phasendifferenz M'_(X+1) ist eine geschätzte Phasendifferenz bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1.
Die Winkelverschiebung (Verschiebungswinkel); θ_(X) – θ_(X-1) wird durch die Zeit dividiert; Tr + M_(X) – M_(X-1), um eine Winkelgeschwindigkeit V_(X) bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X zu bestimmen. In einem Bereich von dem Nulldurchgangspunkt X bis zu dem nächsten Nulldurchgangspunkt X + 1 wird angenommen, dass V_(X) bei einer konstanten Geschwindigkeit verändert wird. Das heißt, es wird angenommen, dass eine geschätzte Geschwindigkeit V'_(X+1) gleich V_(X) ist.
Als nächstes wird ein minimaler Erfassungswinkel θ_LSB bestimmt. In dieser Ausführungsform ist die Genauigkeit 12 Bit. Somit wird der durch Division von 360° durch 2 in der zwölften Potenz, d. h. 4.096, erhaltene minimale Erfassungswinkel θ_LSB 0,0879°.
Die Zeit T_θLX, die für eine Rotation um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB von dem Winkel θ_(X) benötigt wird, wird durch T_θLX = θ_LSB/V_(X) berechnet. Da die geschätzte Geschwindigkeit V'_(X+1), wie in 5 gezeigt, als eine konstante Geschwindigkeit abgeschätzt wird, wird der minimale Erfassungswinkel θ_LSB jedes Mal wenn die Zeit T_θLX vergeht zu dem Winkel θ_(X) hinzugezählt (davon abgezogen), und dabei ein derzeitiger geschätzter Winkel θ' berechnet.
In dieser Ausführungsform berechnet der Winkelrechner 16 in einer Zeitperiode ΔTc von dem Nulldurchgangspunkt X bis zu dem Nulldurchgangspunkt X + 1 jedes Mal wenn die Zeit T_θLX vergeht einen durch Addieren (Subtrahieren) des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB zu (von) dem gemessenen Winkel θ_(X) erhaltenen Winkel als den derzeitig geschätzten Winkel θ' und gibt ihn als das Echtzeitsignal S zu dem Ausgabeanschluss 18 aus. Im Speziellen wird das Echtzeitsignal S bei Zeiteinstellungen, bei denen der Winkel abgeschätzt wird, sich um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert zu haben, ausgegeben.
Zu der in 5 gezeigten Zeit wird der geschätzte Winkel θ' als θ_(X) + 2θ_LSB ausgegeben.
Entsprechend dem minimalen Erfassungswinkel θ_LSB in dieser Ausführungsform ist es möglich, die Auflösung ungefähr 28 mal (2,5/0,0879) höher als die Auflösung von 2,5° (wenn die Motordrehzahl 3.000 min^–1 ist), die bei nur dem Nulldurchgangspunkt erhalten wird, zu erhalten.
In dieser Ausführungsform wird das Echtzeitsignal S als ein durch Hinzuzählen des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB zu dem gemessenen Winkel θ_(X), bei Zeiteinstellungen, bei denen der Winkel abgeschätzt wird, sich um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert zu haben, d. h. jedes Mal, wenn eine vorbestimmte Zeit T_θLX = θ_LSB/V_(X) vergeht, berechneter geschätzter Winkel ausgegeben. Dementsprechend kann eine Seite, die das Erfassungssignal emp fängt, einen derzeitigen geschätzten Winkel jedes Mal wenn der Winkel abgeschätzt wird, sich um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert zu haben, empfangen.
Hierbei kann ein Echtzeitsignal S als ein einfaches Zeiteinstellungssignal ausgegeben werden, wenn der Winkel abgeschätzt wird, sich um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert zu haben. In diesem Fall zählt die Seite, die das Echtzeitsignal S empfängt, die Anzahl der Eingaben, und weiß dabei den geschätzten Winkel. Weiterhin verwendet die vorliegende Ausführungsform die vorbestimmte Zeit T_θLX = θ_LSB/V_(X) als ein Verfahren zum Abschätzen, dass sich der Winkel um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert hat. Alternativ kann ein anderes, komplizierteres Berechnungsverfahren verwendet werden, um eine Genauigkeit zu verbessern.
Die folgende Erklärung wird für den Fall gemacht, in dem ein Fehler zwischen dem geschätzten Winkel θ'_(X+1) und einem aktuell gemessenen Wert auftritt.
6 ist ein Diagramm, das einen Zustand nach einer vorbestimmten Zeit nach dem Zustand von 4 zeigt, der zeigt, dass der geschätzte Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1 in 4 zu dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X des aktuell gemessenen Werts kommt. In 6 wird der Nulldurchgangspunkt X in 4 als ein direkt vorangegangener Nulldurchgangspunkt X – 1 angegeben. Der nächste geschätzte Winkel θ'_(X+1) in 4 ist als ein geschätzter Winkel θ'_(X) angegeben. 6 zeigt einen Fall, in dem ein Fehler β zwischen einem aktuell bei dem Nulldurchgangspunkt X gemessenen Winkel θ_(X) und dem geschätzten Winkel θ'_(X) vorhanden ist.
Der Fehler β wird zu dem Zeitpunkt T_(X) in 6 beobachtet. Wenn der Fehler β auf der Drehmelderseite sofort oder innerhalb einer kurzen Zeit korrigiert wird, ist die Steuerungseinheit auf der Motorseite in der Lage, in Betracht zu ziehen, dass der Motor gestoppt ist oder sich in umgekehrter Richtung dreht. Eigentlich tritt der Fehler β auf, aber der Motor dreht sich normal. Jedoch wird, wenn entschieden wird, dass sich der Motor in umgekehrter Richtung dreht, eine fehlerhafte Information ausgegeben.
Um das obige Problem zu lösen, wendet die vorliegende Ausführungsform ein Verfahren eines allmählichen Korrigierens des Fehlers β an. Um genau zu sein, wird, während der geschätzte Winkel θ'_(X) beibehalten wird, eine nächste geschätzte Winkelgeschwindigkeit V'_(X+1) basierend auf den aktuell gemessenen Werten θ_(X) berechnet, um die geschätzte Winkelgeschwindigkeit V'_(X+1) = die Winkelgeschwindigkeit V_(X) bereitzustellen.
Ein Verfahren zum Reduzieren des Fehlers wird nachstehend erklärt. 7 zeigt ein konkretes Verfahren zum Reduzieren des Fehlers. Im Speziellen wird die Fehlerreduzierung durch Korrektur der Zeiteinstellung von Addition und Subtraktion des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB durchgeführt.
In einem aktuellen Betrieb ist die Zeiteinstellung von Addition/Subtraktion des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB eine Periode t_θLX, die ein ganzzahliges Vielfaches des Basistaktes ist (in dieser Ausführungsform ist die Basistaktfrequenz 30 MHz und somit ist die Periode 33 ns). Dementsprechend werden Reste, die beim Dividieren der Zeit T_θLX durch die Basistaktperiode zurück bleiben, angesammelt und werden zu einem Fehler. Dementsprechend wird ein Intervall zum Addieren oder Subtrahieren des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB von einer Basistaktperiode durch die Anzahl von Zeiteinstellungen entsprechend einem Wert, der durch Division des Fehlers durch die Basistaktperiode erhalten wird, erweitert, so dass das Intervall durch t_θLX + 1CLK (33 ns) ausgedrückt wird. Dies kann den Fehler reduzieren. Die Zeiteinstellungen, mit denen das Intervall zum Addieren oder Subtrahieren eines minimalen Erfassungswinkels θ_LSB erweitert wird, werden gleichmäßig ausgewogen zugeteilt, so dass eine Ausgabegeschwindigkeit des Erfassungssignals an eine ideale Geschwindigkeit angenähert werden kann. In 7 gibt eine durchgezogene Linie A1 ein Echtzeitsignal einschließlich eines Fehlers an und eine unterbrochene Linie A2 gibt ein ideales Echtzeitsignal an.
Zum Beispiel wird angenommen, dass die Additions-/Subtraktionszeiteinstellung unter der Bedingung, dass die Zeitperiode ΔTc 102 ist, in fünf Stufen gesteuert wird. Dies resultiert in 102/5 = 20, wobei ein Rest von 2 zurückbleibt. Wie in 8 gezeigt, wird die Steuerung so durchgeführt, dass von den fünf Stufen die Periode t_θLX in drei Stufen 20CLK ist, und die Periode t_θLX + 1CLK in zwei Stufen 21CLK ist. Zu dieser Zeit werden die zwei Stufen von t_θLX + 1CLK zwischen den drei Stufen von t_θLX aufgeteilt, so dass die vollständige Winkelverschiebung gleichmäßig ausgeglichen werden kann.
9 zeigt ein anderes Beispiel für eine Fehlerreduzierung. Im Speziellen werden wie in 8 die Zeiteinstellungen von Addieren/Subtrahieren des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB korrigiert, um einen Fehler zu reduzieren.
In dem Verfahren von 9 wird angenommen, dass zum Beispiel von T_(X-1) bis T_(X) eine Winkeländerung 10θ_LSB sein sollte. In dieser Ausführungsform wird der minimale Erfassungswinkel θ_LSB als 360°/4.096 = 0,0879° bestimmt. Somit berechnet der Winkelrechner in einer Zeitperiode ΔTc von dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X zu dem geschätzten Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1 einen derzeitig geschätzten Winkel θ' durch Addieren (Subtrahieren) von θ_LSB hinsichtlich des Winkels θ_(X), jedes Mal wenn die Zeit T_θLX vergeht. Der derzeitig geschätzte Winkel θ' wird somit als ein Echtzeitsignal S zu dem Ausgabeanschluss 18 ausgegeben.
In dieser Ausführungsform ist die Winkelausgabegenauigkeit 12 Bit. Eine Periode (360°) des Erregersignals ist 360 × 12 = 4.096 pro Zeiteinheit (7.324 Hz einer Erregersignalfrequenz bezüglich 30 MHz (eine Periode von 33 ns) einer Basistaktfrequenz). Dementsprechend entspricht eine Zeiteinheit (ein Basistakt: 33 ns) 1θ_LSB (0,0879°). Hierbei wird angenommen, dass eine Winkeländerung entsprechend +10θ_LSB von T_(X-1) bis T_(X) vorliegt (Beispielsweise die Phasendifferenz M_(X-1) = 40 Basistakte, und die Phasendifferenz M_(X) = 50 Basistakte). Da Tr = 4.096 Einheiten pro Zeit ist, wird abgeschätzt, dass ΔTc(T_(X-1) – T_(X)) = ΔTB(T_(X) – T_(X-1)) = Tr + M_(X) – M_(X-1) = 4.106. Dementsprechend ist es notwendig, ein Signal auszugeben, das zehn Winkeländerungen von 1θ_LSB während 4.106 Basistakten repräsentiert. Mit anderen Worten ist 4.106/10 = 410,6 und der Winkel kann bestimmt werden, sich in Schritten von 1θ_LSB jeden 410,6 Basistakt zu ändern. Jedoch ist dies nicht ein ganzzahliges Vielfaches der Basistaktperiode und eine solche Steuerung ist unmöglich. Hierbei wird, wenn ein Bruchteil, 0,6, fallen gelassen wird und von dem Winkel angenom men wird, sich in Schritten von 1θ_LSB alle 410 Basistakte verändert zu haben, ein Echtzeitsignal, das darstellt, dass sich der Winkel um 10θ_LSB geändert hat, zu der Zeit von 4.100 Basistakten ausgegeben. Dies verursacht einen Fehler. Diese Ausführungsform zeigt ein Verfahren zum Reduzieren des obigen Fehlerauftretens.
Eine geschätzte Zeit tθLX(1), in der der Winkel durch den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB verändert wird, wird auf 410 eingestellt, welcher ein Wert ist, der durch Fallenlassen des Bruchanteils von 4.106/10 = 410,6 erhalten wird. Diese Ausführungsform verwendet als den Basistakt einen Basistakt mit einer Frequenz von 30 MHz und einer Periode von 33 ns, und somit ist die geschätzte Zeit tθLX(1) = 410·33 ns. Nachfolgend wird eine geschätzte Zeit tθLX2(2), in der der Winkel um zwei 2θ_LSB verändert wird, auf ”410·33 ns” eingestellt, welcher ein Wert ist, der durch Fallenlassen des Bruchanteils von (4.106/410)/9 = 410,6 erhalten wird. Eine geschätzte Zeit tθLX(3), in der der Winkel um 3θ_LSB geändert wird, wird auf ”410·33 ns” eingestellt, welcher ein Wert ist, der durch Fallenlassen des Bruchanteils von (4.106 – 410·2)/8 = 410,7 erhalten wird. Eine geschätzte Zeit tθLX(4), in welcher der Winkel durch 4θ_LSB verändert wird, wird auf ”410·33 ns” eingestellt, welcher ein Wert ist, der durch Fallenlassen des Bruchanteils von (4.106 – 410·3)/7 = 410,8 erhalten wird. Eine geschätzte Zeit tθLX(5), in welcher der Winkel um 5θ_LSB geändert wird, wird auf ”411·33 ns” eingestellt, welches ein Wert ist, der durch Fallenlassen des Bruchanteils von (4.106 – 410·4)/6 = 411” erhalten wird.
Die obige Berechnung wird nacheinander durch Fallenlassen der Bruchanteile durchgeführt, um Fehler zu reduzieren. Somit können die Fehler einfach reduziert werden. Das in 8 gezeigte Ver fahren muss die Verteilung gemäß der Anzahl von Abschnitten im Voraus bestimmen. Andererseits kann das in 9 gezeigte Verfahren eine notwendige Fehlerreduzierung einfach durch nacheinanderfolgende Berechnungen ausführen. Somit ist die Steuerung davon einfach.
Dann berechnet der Winkelrechner 16 einen gegenwärtigen geschätzten Winkel θ' durch Addieren (Subtrahieren) des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB zu (von) dem Winkel θ_(X) jedes Mal wenn die Zeit T_θLX vergeht, und gibt ihn als ein Echtzeitigsignal S an den Ausgabeanschluss 18 aus. Daher erzeugt der Winkelrechner 16 intern, jedes Mal wenn die Zeit T_θLX vergeht, ein Signal. 10 ist ein Diagramm, das ein Impulssignal zum Ausgeben des Echtzeitsignals S zeigt.
Eine Impulsfolge A, die eine Ein-Zeit T_θLX und eine Aus-Zeit T_θLX hat, wird in einer Zeitperiode von der Zeit T_(X) bei dem Nulldurchgangspunkt X bis zu der geschätzten Zeit T_(X+1) erzeugt. Synchron mit Anstiegs- und Abfall-Zeiteinstellungen der Impulsfolge A wird der minimale Erfassungswinkel θ_LSB hinzugezählt und das Echtzeitsignal S wird ausgegeben.
Als eine Alternative können, wie in 11 gezeigt, zwei Impulsfolgen B und C anstelle der einzelnen Impulsfolge A erzeugt werden. Die Impulsfolge B wird von der Zeit T_(X) bei dem Nulldurchgangspunkt X erzeugt. Eine Ein-Zeit der Impulsfolge B ist 2T_θLX und eine Aus-Zeit ist 2T_θLX. Andererseits wird die Impulsfolge C mit einer Verzögerung von T_θLX zu der Impulsfolge B erzeugt. Eine Ein-Zeit der Impulsfolge C ist 2T_θLX und eine Aus-Zeit ist 2T_θLX.
Unter Verwendung der zwei Impulsfolgen B und C kann eine Winkelausgabe vereinfacht werden, um einen Winkel und eine Drehrichtung zu erfassen. Im Speziellen kann die Drehrichtung durch nacheinanderfolgendes Unterscheiden der Reihenfolge von Einstiegs- und Abfallzeiteinstellungen der zwei Impulsfolgen einfach bestimmt werden.
Da der minimale Erfassungswinkel θ_LSB oder die Zeiten 2T_θLX, 2T_θLX und andere, bezogen auf das ganzzahlige Vielfache des Winkels wie oben in Impulsfolgen erzeugt werden, kann ein gegenwärtiger Winkel θ' ausgegeben werden. Mit anderen Worten stellt ein Zählwert davon einen absoluten Winkel dar, wenn entweder ein Ansteigen oder Abfallen der Impulsfolge oder beide gezählt werden. Somit können eine parallele Ausgabe und eine serielle Ausgabe einen gegenwärtigen absoluten Winkel anzeigen.
In dieser Ausführungsform wird nur wenn der Winkel in einer Periode von dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X – 1 bis zu dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X um 2θ_LSB oder mehr verändert wird, die Winkelabschätzung in Echtzeit ausgeführt. Wenn der Winkel nur um weniger als 2θ_LSB geändert wird, wird keine Winkelabschätzung ausgeführt. 12 ist ein Diagramm, um den Fall zu erklären, in dem die Winkelabschätzung nicht ausgeführt wird.
Der Grund, warum die Winkelabschätzung für die Winkeländerung von weniger als 2θ_LSB nicht durchgeführt wird, wird unter Bezugnahme auf 12 erklärt. Eine vertikale Achse in dem Diagramm gibt einen Winkel an, und eine seitliche Achse gibt eine vergangene Zeit an. Eine dünne durchgezogene Linie M1 stellt eine aktuelle Winkeländerung dar, eine unterbrochene Linie M3 stellt den Fall dar, in dem die Winkelabschätzung immer ausgeführt wird, und eine dicke durchgezogene Linie M2 stellt den Fall dar, in dem die Winkelabschätzung nicht ausgeführt wird wenn der Winkel nur um weniger als 2θ_LSB geändert wird. Wie durch die durchgezogene Linie M1 angegeben wird, wird der Winkel mit dem Vergehen von Zeit gering konstant verändert.
Wenn die Winkelabschätzung ständig ausgeführt wird, wird eine Winkeländerung von θ_LSB zu der Zeit T_(X+1) eines Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkts X + 1 gemessen. Basierend auf dieser Veränderung wird dementsprechend der geschätzte Winkel θ'_(X+2) bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 2 als +2θ_LSB, wie durch die unterbrochene Linie M3 angegeben, abgeschätzt.
Der zu der Zeit eines Nulldurchgangspunkts X + 2 gemessene Winkel ist kleiner als der geschätzte Winkel +2θ_LSB. Zu dieser Zeit ist dementsprechend ein geschätzter Winkel θ'_(X+3) bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 3 +θ_LSB. Dieser Winkel zeigt eine umgekehrte Drehung von dem Nulldurchgangspunkt X + 2 bis zu dem Nulldurchgangspunkt X + 3, wie in der Figur gezeigt; jedoch ist er unterschiedlich zu der aktuellen Winkeländerung M1.
Andererseits ist für die Winkeländerung von weniger als 2θ_LSB in einer Periode von dem Nulldurchgangspunkt X zu dem nächsten Nulldurchgangspunkt X + 1, in dem Fall des Ausführens von keiner Abschätzung, der Winkel θ bei dem Nulldurchgangspunkt X unverändert, wie durch die durchgezogene Linie M2 angegeben ist, und dann wird der Winkel θ durch einen aktuell gemessenen Wert +θ_LSB an dem Nulldurchgangspunkt X + 1 ersetzt. Gleichzeitig ist der Winkel θ bei dem Nulldurchgangspunkt X + 2 unverändert und dann wird der Winkel θ durch den aktuell gemessenen Wert +2θ_LSB bei dem Nulldurchgangspunkt X + 3 ersetzt. Gemäß diesem Verfahren wird der Winkel nicht in einen negativen Winkel geändert und die motorseitige Steuerungseinheit erfasst nicht irrtümlicherweise, dass sich der Motor umgekehrt dreht.
Entsprechend dem Phasendifferenztyp-Drehmelder der wie oben beschriebenen ersten Ausführungsform sind die Erregerspulen 21 und 22, in die die Erregersignale eingegeben werden, die Erfassungsspule 23 zum Ausgeben des Erfassungssignals und der Winkelrechner 16 zum Berechnen der Winkelverschiebung basierend auf der Phasendifferenz zwischen den Nulldurchgangspunkten der Erregersignale zu den Erregerspulen 21 und 22 und dem Nulldurchgangspunkt des Erfassungssignals von der Erfassungsspule 23 enthalten. Der Rechner 16 bestimmt die Geschwindigkeit V_(X) bei dem Winkel θ_(X) basierend auf dem aus der Phasendifferenz M_(X) bei dem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X berechneten Winkel θ_(X), und dem aus der Phasendifferenz M_(X-1) bei dem vorangehenden Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X – 1 berechneten Winkel θ_(X-1). Der Rechner 16 berechnet den geschätzten Winkel θ'_(X+1) bei dem nächsten Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt X + 1 basierend auf der Geschwindigkeit V_(X), dividiert eine Differenz zwischen dem geschätzten Winkel θ'_(X+1) und dem Winkel θ_(X) durch vorbestimmte minimale Erfassungswinkel θ_LSB und gibt ein Echtzeitsignal basierend auf dem minimalen Erfassungswinkel θ_LSB in einem Bereich nach dem Winkel θ_(X) und vor dem geschätzten Winkel θ_(X+1) aus. Die Winkelverschiebung hoch zu dem nächsten Nulldurchgangspunkt kann basierend auf der Geschwindigkeit, die die unmittelbar vorangehende Winkeländerungsrate ist, jederzeit ausgegeben werden, wenn eine kurze Zeit vergeht. Dementsprechend ist der Drehmelder der vorliegenden Erfindung selbst auf die Winkelerfassung, die eine höhere Auflösung verlangt, anwendbar.
Zum Beispiel wird angenommen, dass das Erregersignal mit 7,2 kHz verwendet wird. In diesem Fall ist die Winkelgeschwindigkeit für eine Motordrehzahl von 3.000 min^–1 18.000° pro Sekunde. Das 7,2 kHz-Signal könnte nur einen erfassbaren minimalen Winkel von 18.000/7.200 2,5° bereitstellen. Dies ist die Ausgabe von dem Ausgabeanschluss 17.
In der vorliegenden Ausführungsform wird der minimale Erfassungswinkel θ_LSB von 0,0879° verwendet. Dementsprechend kann, verglichen mit dem obigen Fall mit der Auflösung von 2,5° (für die Motordrehzahl von 3.000 min^–1), die nur die Nulldurchgangspunkte verwendet, die vorliegende Ausführungsform zum Beispiel eine Winkelauflösung von 2,5/0,0879 bereitstellen, ungefähr 28 mal höher als die Auflösung von 2,5°.
Im Speziellen wird das Echtzeitsignal zu der Zeiteinstellung, bei der der Winkel abgeschätzt wird, sich um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB verändert zu haben, ausgegeben. Da das Echtzeitsignal jedes Mal ausgegeben wird, wenn der Winkel um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert wird, kann die Winkeländerung dementsprechend in Echtzeit erfasst werden.
Jedes Mal, wenn die vorbestimmte Zeit T_θLX = θ_LSB/V_(X) vergeht, wird das Echtzeitsignal als der durch Hinzuzählen des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB bestimmte Erfassungssignal ausgegeben. Dementsprechend kann jedes Mal, wenn der minimale Erfassungswinkel θ_LSB geändert wird, der geschätzte Winkel in diesem Moment erfasst werden.
Wenn der Fehler β zwischen dem geschätzten Winkel θ'_(X+1) und dem Winkel θ_(X+1), der basierend auf der Phasendifferenz M_(X+1) bei dem nächsten Erregersignal-Nulldurchgangspunkt X + 1 berechnet wird, vorliegt, wird die Geschwindigkeit V_(X+1) bei dem nächsten Nulldurchgangspunkt X + 1 mit einer auf dem Fehler β basierenden Korrektur berechnet. Selbst wenn die Winkeländerungsrate plötzlich geändert wird, wird die nächste geschätzte Winkelverschiebung sofort korrigiert.
Das Intervall einer Addition/Subtraktion des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB ist ein ganzzahliges Vielfaches des Basistakts des Winkelrechners 16. Obwohl selbst die angesammelten Reste, die durch Dividieren der vorbestimmten Zeit T_θLX durch den Basistakt zurückgelassen werden, Fehler werden, können diese Fehler einfach reduziert werden.
Weiterhin wird das Intervall zum Addieren/Subtrahieren des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB durch eine Periode 1CLK des Basistakts durch die Anzahl von Zeiten entsprechend einem Wert, der durch Dividieren des Fehlers durch den Basistakt erhalten wird, erweitert. Es ist daher möglich, den Fehler zu reduzieren während ein Ausgleich sichergestellt wird.
Um die vorbestimmte Zeit T_θLX auszugeben, werden eine Mehrzahl von Impulsfolgen ausgegeben. Dies kann der Phasendifferenzdrehmelder einfach ausgeben.
Die gegenwärtige Winkelberechnung wird nicht ausgeführt, wenn die Differenz zwischen dem geschätzten Winkel θ'_(X+1) und dem Winkel θ_(X), der basierend auf der Phasendifferenz M_(X) bei dem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt X berechnet wird, ein vorbestimmter Wert oder weniger ist. Selbst während einer langsamen Drehung wird dementsprechend nicht irrtümlicherweise auf eine umgekehrte Drehung entschieden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Ein grundlegender Aufbau eines Drehmelders eines Phasendifferenztyps in der zweiten Ausführungsform ist identisch mit dem in der zweiten Ausführungsform, die wie in 1 gezeigt ist. Ein Unterschied ist nur der Betrieb des Winkelrechners 16. Die folgende Erklärung ist daher auf den Unterschied fokussiert, und andere Teile sind nicht wiederholt erklärt.
13 ist ein Diagramm, das eine Sinuswelle R1 (αsinωt) eines Erregersignals und ein Erfassungssignal K (αßsin(ωt + γt)) zeigt. Auf einen Wert der Sinuswelle R1 bei einem beliebigen Messpunkt ϕ1 wird sich als E_SrX bezogen und auf einen Wert des Erfassungssignals K wird sich als E_SsX an dem selben Punkt ϕ1 bezogen. Eine Winkelinformation θ_srX des Erregersignals bei dem Messpunkt ϕ1 ist arcsin (E_SrX/α) und eine Winkelinformation θ_SsX des Erfassungswinkels ist arcsin (E_SsX/(α·β)). Dieser Arcussinus sollte ein Wert von –90° oder mehr und 90° oder weniger sein. Somit muss eine Korrektur durchgeführt werden.
14 ist ein Diagramm, das ein erstes Korrekturverfahren zeigt, in dem ein oberer Graph (a) Daten vor einer Korrektur angibt und ein unterer Graph (b) die Daten nach einer Korrektur angibt.
In dem oberen Graph (a) ist eine durchgezogene Linie N1 ein Wert sinθ und eine gepunktete Linie N2 ist ein Wert von arcsinθ.
Das Datenverarbeitungsverfahren in (a) wird zuerst erklärt. Ein Berechnungswert arcsinθ' wird bei –90° auf einen minimalen Wert sinθ eingestellt. (1) In einem Bereich, in dem θ –90° oder mehr und 90° oder weniger ist, ist ein Korrekturwert θ' = θ. (2) In einem Bereich, in dem θ 90° oder mehr und 270° oder weniger ist, ist der Korrekturwert θ' = 180 – θ.
Somit können die Daten nach einer in dem unteren Graphen (b) gezeigten Korrektur erhalten werden. Eine dicke unterbrochene Linie N3 gibt die Daten nach einer Korrektur an. Entsprechend der korrigierten Daten N3 ist arcsin in allen Bereichen in einer geraden Linie und nicht in einer polygonalen Linie ausgegeben.
15 ist ein Diagramm, das ein zweites Korrekturverfahren zeigt, in dem ein oberer Graph die Daten vor einer Korrektur zeigt und ein unterer Graph die Daten nach einer Korrektur zeigt.
In dem oberen Graph (a) gibt eine durchgezogene Linie N1 einen Wert von sinθ an, und eine gepunktete Linie N2 gibt eine in (a) gezeigte Datenverarbeitungsmethode an. Ein Berechnungswert arcsinθ' wird bei 90° auf sinθ gesetzt. (1) In dem Bereich von θ von 90° oder mehr und 270° oder weniger ist ein Korrekturwert θ' = θ. (2) In dem Bereich von θ von –90° (270°) oder mehr und 90° (450°) oder weniger, ist der Korrekturwert θ' = –180 – θ. Somit können die Daten N3 nach einer in (b) gezeigten Korrektur erhalten werden. Entsprechend den korrigierten Daten N3 wird in allen Bereichen arcsin in einer geraden Linie, nicht in einer polygonalen Linie, ausgegeben.
Ein Drehmelderwinkel ϕx zu einer beliebigen Zeit wird durch ϕx = θ'_Sr1 – θ'_Ss1 (Grad) ausgedrückt. Der Drehmelderwinkel wird ständig erfasst und ein Echtzeitsignal S wird zu dem Ausgabeanschluss 18 jedes Mal ausgegeben, wenn der Drehmelderwinkel ϕx mit dem minimalen Erfassungswinkel θ_LSB = 0,879° addiert (subtrahiert) wird.
Entsprechend dem Phasendifferenztyp-Drehmelder in der zweiten Ausführungsform sind, wie oben im Detail beschrieben, die Erregerspulen 21 und 22, in die die Erregersignale eingegeben werden, die Erfassungsspule 23, zum Ausgeben des Erfassungssignals, und der Winkelrechner 16, zum Berechnen der Winkelverschiebung basierend auf der Phasendifferenz zwischen den Nulldurchgangspunkten der Erregerspulen 21 und 22 und dem Nulldurchgangspunkt der Erfassungsspule 23, bereitgestellt. Dementsprechend berechnet der Winkelrechner 16 den Erregersignalwinkel θ'_SrX aus dem Wert des Erregersignals zu dem Zeitpunkt T, berechnet den Erfassungssignalwinkel θ'_SsX von dem Wert des Erfassungssignals zu dem Zeitpunkt T, und schätzt einen gegenwärtigen Winkel basierend auf einer Differenz zwischen dem Erregersignalwinkel θ'_SrX und dem Erfassungssignalwinkel θ'_SsX ab. Dementsprechend kann die Winkelverschiebung zu einer beliebigen Zeit abgeschätzt werden, ohne auf den Nulldurchgangspunkt beschränkt zu sein.
Weiterhin wird zum Berechnen des Erfassungssignalwinkels θ'_SsX eine Periode der Sinuswelle durch eine vorbestimmte Zahl geteilt, und ein Wert in dem Teilungsprozess wird durch eine vergangene Zeit korrigiert. Dementsprechend kann die Winkelverschiebung durch eine einfache Rechnung berechnet werden.
Eine dritte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend beschrieben. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform nur darin, wie die Geschwindigkeit V(X) bestimmt wird, und andere Teile sind identisch mit denen in der ersten Ausführungsform. Die folgende Erklärung ist daher auf die Unterschiede fokussiert, ohne die gleichen Erklärungen zu wiederholen.
16 ist eine Tabelle, die zeigt, wie die Geschwindigkeit V(X) zu bestimmen ist.
Eine Geschwindigkeit V'_(X-3) in einem Intervall (einem Bereich) von X – 3 bis X – 4 ((X – 4) – (X – 3)) wird bestimmt durch: V'(X-3) = (θ(X-3) – θ(X-4))/(Tr + M(X-3) – M(X-4)).
Eine Geschwindigkeit V'_(X-2) in einem Intervall von X – 2 bis X – 3 ((X – 3) – (X – 2)) wird bestimmt durch: V'(X-2) = (θ(X-2) – θ(X-3))/(Tr + M(X-2) – M(X-3)).
Eine Geschwindigkeit V'_(X-1) in einem Intervall von X – 1 bis X – 2 ((X – 2) – (X – 1)) wird bestimmt durch: V'(X-1) = (θ(X-1) – θ(X-2))/(Tr + M(X-1) – M(X-2)).
Eine Geschwindigkeit V'_(X) in einem Intervall von X bis X – 1 ((X – 1) – (X)) wird bestimmt durch: V'(X) = (θ(X) – θ(X-1))/(Tr + M(X) – M(X-2)).
Eine Durchschnittschnittsgeschwindigkeit V_(X) der vier Intervalle wird bestimmt durch: V(X) = (V'(X-3) + V'(X-2) + V'(X-1) + V'(X))/(4Tr + M(X) – M(X-4)).
Dieses V_(X) wird als ein V_(X) in der ersten Ausführungsform verwendet.
Hierbei können, wie in einer unteren Spalte in 16 gezeigt, die vier Intervalle als eins betrachtet werden, so dass eine gesamte Durchschnittsgeschwindigkeit V(X) berechnet wird durch: V(X) = θ(X) – θ(X-4))/(4Tr + M(X) – M(X-4)).
Zur Berechnung eines Mittelwerts der vier Geschwindigkeiten V' sind in der vorliegenden Ausführungsform die Daten jeder Geschwindigkeit V' 12 Bit und somit ist ein totaler Wert der vier Daten 14 Bit. Wenn ein Mittelwert in einfacher Weise berechnet wird, werden die letzten zwei Ziffern fallen gelassen, um 12-Bitdaten zu erzeugen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine höhere Ziffer der letzten beiden Ziffern aufgerundet wenn sie 1 ist, und abgerundet wenn sie 0 ist.
Entsprechend der dritten Ausführungsform wird zum Bestimmen der Geschwindigkeit V_(X) die Geschwindigkeit V' bei jedem Vielfachen des vorangegangenen Nulldurchgangspunkts (in der dritten Ausführungsform zum Beispiel vier Punkte, oder fünf Punkte wenn ein gegenwärtiger Nulldurchgangspunkt enthalten ist) bestimmt, und ein Mittelwert von ihnen wird als die Geschwindigkeit V_(X) gesetzt. Wenn die Geschwindigkeit V' stark geändert wird, kann der geschätzte Winkel in Echtzeit mit hoher Genauigkeit ausgegeben werden.
In der obigen Ausführungsform wird die Geschwindigkeit V_(X) aus vier Nulldurchgangspunkten bestimmt. Als eine andere Alternative kann die Geschwindigkeit V_(X) aus acht Nulldurchgangspunkten bestimmt werden, um die Genauigkeit weiter zu erhöhen.
In der Ausführungsform ist die Anzahl der vorangegangenen Nulldurchgangspunkte vier oder acht. Dies kann die Berechnung mit Ziffern vereinfachen und ein einfaches Programm bewirken.
Wenn die Anzahl der vorangegangenen Nulldurchgangspunkte für eine Erfassung eines Rotationswinkels eines Motors zehn oder mehr ist, werden die folgenden Probleme betroffen.
Im Speziellen kann, wenn zehn oder mehr Nulldurchgangspunkte verwendet werden, wenn eine starke Verlangsamung ausgeführt wird während der Motor sich mit 10.000 min^–1 oder mehr dreht, ein Fehler 1θ_LSB überschreiten, so dass ein geschätzter Wert der sich schnell verändernden Geschwindigkeit V_(X) nicht mit Genauigkeit bestimmt werden kann. Eine Verwendung von zehn oder mehreren Nulldurchgangspunkten bedeutet die Verwendung von vielen in der Vergangenheit gemessenen Daten. Das kann ein Problem verursachen, dass ein Fehler der abzuschätzenden Geschwindigkeit größer ist, wenn sich die Geschwindigkeit schnell ändert.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt und kann in anderen spezifischen Formen verkörpert werden, ohne sich von den wesentlichen Eigenschaften davon zu entfernen.
Zum Beispiel wird in der obigen Ausführungsform die vorbestimmte Zeit T_θLX = θ_LSB/V_(X) verwendet, um abzuschätzen, den Winkel um mit dem minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert zu haben. Andere Berechnungsausdrücke können angenommen werden, um Winkeländerungen abzuschätzen. Anstatt einer Abschätzung, dass der Winkel um den minimalen Erfassungswinkel θ_LSB geändert wird, kann geplant werden, einen geschätzten Winkel bei konstanten Zeitintervallen zu berechnen und den berechneten geschätzten Winkel als ein Echtzeitsignal S bei den konstanten Zeitintervallen auszugeben.
In der obigen Ausführungsform ist die Genauigkeit 12 Bit. Als eine Alternative können mehrere Bit verwendet werden, um die Genauigkeit zu verbessern.
Die obige Ausführungsform erklärt den Fall des Motors, der sich normal dreht. In dem Fall des Motors, der sich in umgekehrter Richtung dreht, kann der geschätzte Winkel durch Abziehen des minimalen Erfassungswinkels θ_LSB berechnet werden.
Während die derzeitige bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist es zu verstehen, dass diese Offenbarung zum Zweck der Darstellung ist, und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne sich von dem Bereich der Erfindung, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, zu entfernen.

11: Sinuswellen erzeugender Schaltkreis
12: Kosinuswellen erzeugender Schaltkreis
13, 14: Vergleicher
16: Winkelrechner
17, 18: Ausgabeanschluss
21: erste Erregerspule
22: zweite Erregerspule
23: Erfassungsspule
24, 25: Drehtransformatoren
X: Nulldurchgangspunkt
M: Phasendifferenz
P: Winkelverschiebungssignal
S: Echtzeitsignal
θ: Winkel
θ': geschätzter Winkel
θ_LSB: minimaler Erfassungswinkel
β: Fehler

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- JP 3047231 [0004]
- US 6239571 B1 [0004]

Claims

Phasendifferenzdrehmelder aufweisend: eine Erregerspule zum Empfangen eines Erregersignals, eine Erfassungsspule zum Ausgeben eines Erfassungssignals, und eine Steuerungseinheit zum Berechnen einer Winkelverschiebung basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt der Erregerspule und einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt der Erfassungsspule, wobei die Steuerungseinheit eine Geschwindigkeit (V_(X)) bei einem aus einer Phasendifferenz (M_(X)) bei einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X) berechneten Winkel (θ_(X)) bestimmt, wobei die Geschwindigkeit basierend auf dem Winkel (θ_(X)) und einem aus einer Phasendifferenz (M_(X-1)) bei einem vorangegangenen Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X – 1) berechneten Winkel (θ_(X-1)) bestimmt wird, einen geschätzten Winkel (θ_(X+1)) bei einem nächsten Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt (X + 1) basierend auf der Geschwindigkeit (V_(X)) berechnet, eine Differenz zwischen dem geschätzten Winkel (θ_(X+1)) und dem Winkel (θ_(X)) durch vorbestimmte minimale Erfassungswinkel (θ_LSB) dividiert, und ein Echtzeitsignal basierend auf den minimalen Erfassungswinkeln (θ_LSB) in einem Bereich nach dem Winkel (θ_(X)) aber vor dem geschätzten Winkel (θ_(X+1)) ausgibt.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit das Echtzeitsignal jedes Mal ausgibt, wenn eine vorbestimmte Zeit (T_θLX = θ_LSB/V_(X)) abläuft.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Echtzeitsignal einen Winkel darstellt, der durch Addieren oder Subtrahieren des minimalen Erfassungswinkels (θ_LSB) zu oder von dem Winkel (θ_(X)) erhalten wird.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerungseinheit einen geschätzten Winkel jedes Mal berechnet, wenn eine beliebige Zeit abläuft, und ihn als Echtzeitsignal bei dieser Zeiteinstellung ausgibt.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerungseinheit die Geschwindigkeit (V_(X)) durch Bestimmen von Geschwindigkeiten bei einer Mehrzahl von vorangegangenen Nulldurchgangspunkten bestimmt, einen Mittelwert der Geschwindigkeiten berechnet, und den Mittelwert bei den Geschwindigkeiten (V_(X)) einstellt.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß Anspruch 5, wobei die Anzahl der unmittelbar vorangegangenen Nulldurchgangspunkte vier oder acht ist.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei wenn ein Fehler zwischen dem geschätzten Winkel (θ'_(X+1)) und einem aus einer Phasendifferenz (M_(X+1)) berechneten Winkel (θ_(X+1)), bei einem nächsten Erregersignal-Nulldurchgangspunkt (X + 1) vorliegt, die Steuerungseinheit die Geschwindigkeit (V_(X+1)) bei dem nächsten Erregersignal-Nulldurchgangspunkt (X + 1) durch Korrigieren der Geschwindigkeit basierend auf dem Fehler berechnet.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Intervall, in dem der minimale Erfassungswinkel (θ_LSB) addiert oder subtrahiert wird, ein ganzzahliges Vielfaches eines Basistakts der Steuerungseinheit ist.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß Anspruch 8, wobei die Steuerungseinheit das Intervall, in dem der minimale Erfassungswinkel (θ_LSB) mit einer Periode des Basistakts addiert wird, mit der Anzahl der Zeiteinstellungen entsprechend einem Wert, der durch Division des Fehlers durch den Basistakt erhalten wird, erweitert.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Steuerungseinheit eine Mehrzahl von Impulsfolgen ausgibt, um die vorbestimmte Zeit (T_θLX) auszugeben.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei, wenn eine Differenz zwischen dem geschätzten Winkel (θ_(X+1)) und einem aus einer Phasendifferenz (M_(X)) bei dem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt (X) berechneten Winkel (θ_(X)) ein vorbestimmter Wert oder weniger ist, die Steuerungseinheit keine Berechnung auf einem derzeitigen Winkel durchführt.
Phasendifferenzdrehmelder, aufweisend: eine Erregerspule zum Empfangen eines Erregersignals, eine Erfassungsspule zum Ausgeben eines Erfassungssignals, und eine Steuerungseinheit zum Berechnen einer Winkelschiebung basierend auf einer Phasendifferenz zwischen einem Erregersignal-Nulldurchgangspunkt der Erregerspule und einem Erfassungssignal-Nulldurchgangspunkt der Erfassungsspule, wobei die Steuerungseinheit einen Erregersignalwinkel (θA) aus einem Wert des Erregersignals zu einem Zeitpunkt (T) berechnet, einen Erfassungssignalwinkel (θB) aus einem Wert des Erfassungssignals zu dem Zeitpunkt (T) berechnet, und einen derzeitigen Winkel basierend auf einer Differenz zwischen dem Erregersignalwinkel (θA) und dem Erfassungssignalwinkel (θB) abschätzt.
Phasendifferenzdrehmelder gemäß Anspruch 12, wobei die Steuerungseinheit den Erfassungssignalwinkel (θB) durch Dividieren einer Periode einer Sinuswelle durch eine vorbestimmte Zahl und Korrigieren eines in dem Divisionsprozess erhaltenen Werts durch eine abgelaufene Zeit, berechnet.