DE102011009720A1

DE102011009720A1 - Drehmelder-Baugruppe und Verfahren zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors

Info

Publication number: DE102011009720A1
Application number: DE201110009720
Authority: DE
Inventors: Marcus Dr.-Ing. Mich. Heller; Nasser Mich. Shuaibi
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-02-02
Filing date: 2011-01-29
Publication date: 2011-08-04

Abstract

Ein Sekundärmittel (redundanter Weg) zur Rationalisierung der von einem Drehmelder/Digital-Wandler abgeleiteten Lageinformation ist zur Erfüllung der Sicherheitsanforderungen für den Hauptdrehmomentweg in Kraftfahrzeugen erforderlich. Zu diesem Zweck wird eine Drehmelder-Baugruppe zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors bereitgestellt, die einen Drehmelder/Digital-Wandler (1) zur Erzeugung eines Erregungssignals (3) und einen Drehmelder (2), der zwei je nach der Winkellage des Rotors modulierte sinusförmige Signale (4, 5) liefert, umfasst, wobei der Drehmelder/Digital-Wandler (1) imstande ist, die beiden sinusförmigen Signale (4, 5) zur Beschaffung von ersten Abtastwerten beginnend mit einer ersten Abtastzeit abzutasten und von den ersten Abtastwerten einen ersten Winkelwert abzuleiten. Die Drehmelder-Baugruppe umfasst weiter ein Erfassungsmittel zur Erfassung einer zweiten Abtastzeit aus dem besagten Erregungssignal (3), sowie Abtastmittel (8) zum Abtasten der beiden sinusförmigen Signale (4, 5) beginnend mit der zweiten Abtastzeit zur Beschaffung von zweiten Abtastwerten und Berechnungsmittel zum Vergleich des ersten Winkelwertes mit einem zweiten Winkelwert durch Berechnen des zweiten Winkelwertes auf der Basis der zweiten Abtastwerte, mit Kompensation durch den Zeitunterschied zwischen der ersten und der zweiten Abtastzeit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmelder-Baugruppe zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors, mit einem Drehmelder/Digital-Wandler zur Erzeugung eines Erregungssignals und einem Drehmelder, der zwei je nach der Winkellage des Rotors modulierte sinusförmige Signale liefert, wobei der Drehmelder/Digital-Wandler imstande ist, die beiden sinusförmigen Signale zur Beschaffung von Abtastwerten beginnend mit einer Abtastzeit abzutasten und von den Abtastwerten einen Winkelwert abzuleiten. Die vorliegende Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors, im spezifischen Fall eines Rotors eines Permanentmagnet-Synchronmotors eines Fahrzeugs.
Bei der Steuerung von Permanentmagnet-Synchronmotoren muss die Rotorlage zur ordnungsgemäßen Drehmomentregelung genau gemessen werden. Im typischen Fall werden Drehmelder als Positionsgeber und Drehmelder/Digital-Wandlerschaltungen (RDC) zur Ableitung von digitaler Lageinformation und zu deren Abgabe an einen Haupt-Mikroprozessor eingesetzt.
Zur Erfüllung der VDA-Sicherheitsvorschriften für den Hauptdrehmomentweg in Kraftfahrzeugen ist ein Sekundärmittel (redundanter Weg) zur Rationalisierung der von den RDC abgeleiteten Lageinformation erforderlich. Im typischen Fall müssen Abweichungen der Rotorlageinformation über ±10 elektrische Grade, die länger als 20 ms dauern, zuverlässig festgestellt werden. Dieser redundante Weg bildet einen Sicherheitsmechanismus, der den Ausfall der Lagemessung auf dem Primärweg feststellt.
Die Lage einer rotierenden Maschine wie zum Beispiel eines Rotors oder eines Elektromotors kann auf verschiedenartige Weise gemessen werden. Ein übliches Verfahren setzt einen Drehmelder ein.
Ein Drehmelder ist eine Art Drehtransformator zur Messung von Drehungsgraden. Wenn der Drehmelder funktionieren soll, braucht er ein Sinus-Eingangssignal als Spannungsbezugswert; dieses Signal wird in der vorliegenden Schrift im Folgenden als Erregungssignal (EXC) bezeichnet (siehe 1). Der Drehmelder gibt seinerseits zwei modulierte sinusförmige Signale aus, die die nötige Information zur Auswertung der aktuellen Lage bzw. des aktuellen Winkels des Rotors innerhalb ihres Signalumfangs liefern.
Zur Auswertung der in 1 gezeigten Signale stehen verschiedene Lösungswege zur Wahl. So könnte zum Beispiel die Hardware unterschiedlich gestaltet werden, mit verschiedenen integrierten Schaltungen wie zum Beispiel mit einem Drehmelder/Digital-Wandler (RDC), mit einem digitalen Signalprozessor (DSP) oder mit einem speziellen ASIC. Üblicherweise kommt wie in 2 gezeigt ein RDC 1 zusammen mit dem Drehmelder 2 zur Anwendung. Der RDC liefert das Erregungssignal 3 für den Drehmelder, wertet die beiden von diesem zurückkommenden modulierten Signale 4, 5 aus und leitet die schließlich berechnete Lage 6 an einen Mikroprozessor weiter.
Zur Synchronisierung der periodischen Lagemessung mit dem Haupt-Mikroprozessor tastet ein Abtastsignal 5 die intern vom RDC 1 berechnete Lage ab, sooft ein Befehl von der auf dem Haupt-Mikroprozessor laufenden Motorsteuerungs-Software ausgeht.
3 zeigt die mögliche Konfiguration des Abtaststiftes im Verhältnis zu einer periodischen Motorsteuerung. Die Lage wird an der fallenden Flanke des Abtastsignals am Anfang der Abtastung der Elektromotorsteuerung (bzw. PWM) abgetastet. Bei der Einrichtung eines redundanten Weges werden die Primär- und die redundante Lage gleichzeitig abgetastet, um den Vergleich der beiden Werte zu ermöglichen. Eine zeitliche Verzögerung zwischen den beiden Messungen würde zu einem von der Rotordrehzahl abhängigen Winkelfehler führen. Bei hohen Drehzahlen und Elektromotoren mit einer größeren Anzahl von Polpaaren kann dieser Fehler einen ziemlich hohen Wert annehmen.
In einem Verfahren zur Einrichtung eines derartigen redundanten Weges wird einfach die Primärschaltung verdoppelt. RDCs, DSPs oder ASICs sind jedoch teuer und brauchen mehr Platz auf der Leiterplatte.
Die US-Schrift 7,009,535 B2 offenbart einen Drehmelder/Digital-Wandler und eine diesen anwendende Steuereinrichtung. Der Drehmelder/Digital-Wandler besteht aus einem Drehmelder, einem Drehmelder/Digital-Wandlerteil und einem Signalgenerator für das Erregungssignal. Das von diesem Signalgenerator erzeugte Erregungssignal geht an den Drehmelder, und die von diesem erzeugten Drehmeldersignale gehen an den Drehmelder/Digital-Wandler. Dieser Drehmelder/Digital-Wandler weist außerdem einen Umwandlungsauslösegenerator auf, der auf der Basis des vom Erregungssignalgenerator ausgehenden Erregungssignals ein Umwandlungsauslösesignal erzeugt. Außerdem umfasst der Drehmelder/Digital-Wandler einen A/D-Umsetzer, der die vom Drehmelder ausgehenden Signale auf Eingang des Umwandlungsauslösesignals vom Umwandlungsauslösegenerator in digitale Werte umwandelt, sowie Rechenmittel zur Ermittlung des Ausfallzustandes auf der Basis der vom A/D-Umsetzer ausgehenden Digitalwerte.
Die vorliegende Erfindung setzt sich die redundante Erstellung des Rotorwinkels/der Lage eines Rotors auf einfache und kostengünstige Art und Weise zum Ziel.
Diese Aufgabe wird erfüllt durch eine Drehmelder-Baugruppe zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors, die Folgendes umfasst:

– einen Drehmelder/Digital-Wandler zur Erstellung eines Erregungssignals und
– einen Drehmelder, der auf der Basis des besagten Erregungssignals zwei sinusförmige Signale liefert, die jeweils der Winkellage des Rotors entsprechend moduliert werden, wobei der Drehmelder/Digital-Wandler imstande ist, die beiden sinusförmigen Signale zur Beschaffung von ersten Abtastwerten beginnend mit einer ersten Abtastzeit abzutasten und von den ersten Abtastwerten einen ersten Winkelwert abzuleiten,

– Erfassungsmittel zur Erfassung einer zweiten Abtastzeit aus dem besagten Erregungssignal,
– Abtastmittel zum Abtasten eines jeden Sinussignals, beginnend mit der zweiten Abtastzeit, zur Beschaffung von zweiten Abtastwerten, und
– Berechnungsmittel zum Vergleich des ersten Winkelwertes mit dem zweiten Winkelwert durch Berechnung des zweiten Winkelwertes auf der Basis der zweiten Abtastwerte, mit Kompensation durch den Zeitunterschied zwischen der ersten und der zweiten Abtastzeit.

Außerdem wird ein Verfahren zur doppelten Bestimmung der Winkellage eines Rotors angeboten, das die folgenden Schritte umfasst:

– das Erstellen eines Erregungssignals für einen Drehmelder,
– die Ausgabe von zwei Sinussignalen durch den Drehmelder, wobei die sinusförmigen Signale auf dem besagten Erregungssignal basieren und der Winkellage des Rotors entsprechend moduliert werden,
– das Abtasten der beiden Sinussignale, beginnend mit einer ersten Abtastzeit, zur Beschaffung von ersten Abtastwerten, und
– das Ableiten eines ersten Winkelwertes von den ersten Abtastwerten,
– das Erfassen einer zweiten Abtastzeit aus dem besagten Erregungssignal,
– das Abtasten der beiden Sinussignale, beginnend mit einer zweiten Abtastzeit, zur Beschaffung von zweiten Abtastwerten,
– das Vergleichen des ersten Winkelwertes mit einem zweiten Winkelwert durch Berechnen des zweiten Winkelwertes auf der Basis der zweiten Abtastwerte, mit Kompensation durch den Zeitunterschied zwischen der ersten und der zweiten Abtastzeit.

Wenn der zweite Winkelwert genau geschätzt wird, gleicht er nahezu dem ersten Winkelwert, woraus sich eine redundante Bestimmung der Winkellage ergibt.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht auf vorteilhafte Weise eine höchst einfache Implementierung eines zweiten Mittels zur zuverlässigen Messung der Rotorlage. Wenn der Haupt-Mikroprozessor für das erste Mittel zur Messung der Rotorlage mit einem zweiten Satz von ADU oder einem schnellen Sekundär-ADU ausgestattet ist, sind die Kosten der Lösung minimal. Die Genauigkeit der redundanten Lagemessung (erster Winkelwert mit dem zweiten Winkelwert verglichen) ist höher als bei einem anderen Lösungsweg, nach dem die Drehmeldersignale zur Abtastung eines ganzen Signals einschließlich des Trägers (10-kHz-Erregung) sehr schnell (> 50 bis 100 kHz) abgetastet werden. Die Demodulation würde dann eine sehr anspruchsvolle Signalverarbeitung in einem DSP oder Mikrocontroller erfordern. Die erfindungsgemäße Lösung liefert außerdem höhere Genauigkeit im Vergleich mit anderen Lösungswegen auf der Basis der ursprünglichen Drehmeldersignale und eines Satzes von um 90 Grad verschobenen Signalen, die abgetastet werden und aus denen die Winkellage ohne Demodulation direkt abgeleitet wird. Das erfordert jedoch Logik zum Schalten zwischen den beiden Sätzen. Dadurch würde die Genauigkeit beeinträchtigt.
Das Abtastmittel der erfindungsgemäßen Drehmelder-Baugruppe umfasst vorzugsweise einen Analog-Digital-Umsetzer oder ein Paar von Analog-Digital-Umsetzern, der/die von einem vom Erregungssignal abgeleiteten Rechtecksignal ausgelöst wird/werden. Diese/r Analog-Digital-Umsetzer kann/können in einen Mikrocontroller integriert werden. Das Abtastmittel kann außerdem bei jeder Spitze der sinusförmigen Signale ein- oder zweimal abtasten. daraus ergeben sich Hüllsignale der Sinussignale.
Außerdem kann die Drehmelder-Baugruppe einen freilaufenden Zeitgeber zur Bestimmung des Zeitunterschiedes zwischen der ersten und der zweiten Abtastung aufweisen. In einer anderen Ausführungsform setzt das Rechenmittel den letzten zweiten Winkelwert zur Berechnung des zweiten Istwertes ein. Das ist zweckdienlich in einem Fall, in dem der Analog-Digital-Umsetzer die Umsetzung zur Zeit der Lagemessung nicht beendet hat.
Dabei zeigen:
1 ein allgemeines Blockschaltbild eines Drehmelders,
2 ein Blockschaltbild einer RDC/Drehmelder-Schnittstelle,
3 eine schematische Darstellung der Lageabtastung,
4 ein Blockschaltbild einer regulären Primärmessung und einer redundanten Lagemessung nach der vorliegenden Erfindung,
5 das Extrahieren der Signalhülle beim Abtasten einer positiven Spitze des Erregungssignals,
6 die Ableitung eines Auslösesignals,
7 ein Zeitdiagramm für die Abtastposition (Abtastung bei abfallender Flanke gezeigt), und
8 ein tatsächliches Messergebnis.
Das Hauptziel des Verfahrens und der Drehmelder-Baugruppe nach der vorliegenden Erfindung ist die Minimierung der Kosten und des komplexen Aufbaus bei gleichzeitiger Beschaffung einer ausreichend genauen Lagemessung zum Zweck des redundanten Weges. Der neuartige Aufbau ist in 4 zu sehen. Er beruht auf der in 2 gezeigten Drehmelder-Baugruppe, die die reguläre Primärmessung ermöglicht. Die neue Ausführung von 4 umfasst außerdem eine redundante Lagemessung.
Sinus- und Kosinussignale sind an einen einzelnen ADU 8 oder an ein ADU-Paar angeschlossen, der/das unabhängig von den ADU-Einheiten für die Sensormessung der hauptsächlichen Motorsteuerfunktionen (Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung) arbeitet. Diese ADU können entweder ein Teil des vorhandenen Hauptsteuergeräts 9 sein, oder es kann sich um ein externes ADU-Paar handeln. Ein Rechtecksignal f₂ (Bezugszeichen 10) wird vom Erregungssignal 3 abgeleitet, um die ADU über einen externen Abfragepin 11 auszulösen und die Zeit (zweite Abtastzeit) zu erfassen, in der die Auslösesignale abgetastet und umgewandelt wurden. Das Erfassen der Zeit, zum Beispiel mittels einer Erfassungs- und Vergleichseinheit 12, ist wichtig für den Vergleich dieser Lage mit der Lage (erster Winkelwert) aus dem Primärmessungsweg, da f₁, die die Primärlage abtastet (erster Abtastwert), und f₂, die die Sekundärlage abtastet (zweiter Abtastwert) nicht synchronisiert sind. Der Primärwinkelmesswert 6 (erster Winkelwert) geht an eine Datenverarbeitungseinheit 13 des Mikrocontrollers 9. Der Mikrocontroller 9 liefert außerdem ein Abtastsignal 7 für den RDC 1.
Wie in 1 zu sehen ist, gibt der Drehmelder zwei modulierte Signale aus, die die Lageinformation tragen. Zur Beschaffung der Information, die sie tragen, müssen beide Signale demoduliert werden. Das ist im typischen Fall ein komplizierter Vorgang, der Signalverarbeitung mit großer Bandbreite erfordert (Filtern, PLL etc.). Aus diesem Grund kommt im typischen Fall eine inregrierte RDC-Schaltung zur Anwendung.
Es gibt jedoch eine einfachere Lösung. Wenn die beiden Signale genau bei den Spitzen 14 (zweite Abtastwerte) des Erregungssignals abgetastet werden (siehe 5), kann eine Einzeldemodulation erreicht werden. Mit diesem Verfahren kann die Hülle 15 des Signals extrahiert werden, das die Lageinformation trägt (zweiter Winkelwert).
Zur Abtastung des modulierten Signals an der Spitze des Erregungssignals 14 leiten wir ein Auslösesignal aus dem Erregungssignal ab. Eine Hardware-Schaltung generiert ein Rechtecksignal 10 (siehe 6), die zur Auslösung eines ADC-Paares bzw. der ADC-Einzeleinheit dient, das/die die Sinus- und Kosinussignale 4, 5 genau an der positiven und negativen Spitze des Erregungssignals 3 abtastet/hält und umwandelt.
Je nachdem, ob die Abtastung an der positiven oder negativen Flanke des Abtastsignals erfolgte, ist eine Korrektur von 180 Grad erforderlich. Der Winkel/die Lage des Rotors wird dann wie folgt berechnet: Wir wissen, dass tan(θ) = sin(θ) / cos(θ)
Der Winkel Theta ist also: θ = arctan( sin(θ) / cos(θ))
Dieses Verfahren hat den schwerwiegenden Nachteil, dass die Abtaststellen (zweite Abtastwerte) nicht mit dem Anfang der PWM-Periode (erste Abtastzeit) und daher auch nicht mit der Abtaststelle (erster Abtastwert) der primären Lageinformation synchronisiert sind.
Im schlimmsten Fall wäre zum Beispiel der elektrische Winkelfehler bei einem Motor mit sechs Polpaaren bei einer Drehzahl von 12000 U/min und einer Erregungsfrequenz von 10 kHz bei ausschließlicher Abtastung der Erregungsspitzen: ( ω / 60)·( n / f₂)·180° ≈ 21°
Hierbei ist ω die mechanische Drehzahl in Umdrehungen pro Minute (U/min), n die Anzahl der Polpaare des Motors und f₂ die Frequenz des ADU-Auslösesignals oder die Erregungsfrequenz. Eine derartig große Anweichung ist nicht tragbar angesichts der potentiellen Drehmomentabweichung, die mit einem derartigen Winkelfehler einher geht.
Zur ordnungsgemäßen Ausrichtung der beiden Lageinformationen muss ein Kompensationswinkel berechnet und an den redundanten Messwinkel angelegt werden. Zu diesem Zweck kann zusätzlich die Deltazeit (Differenz zwischen erster und zweiter Abtastzeit) von der Abtaststelle der redundanten Lageinformation (zweite Abtastzeit) zur Abtaststelle der primären Lageinformation (erste Abtastzeit) gemessen werden. Die berechnete Deltazeit kann dann mit der aktuellen oder geschätzten Drehzahl des Motors multipliziert werden, woraus sich ein Korrekturwinkel ergibt. Dabei wird angenommen, dass sich die Drehzahl des Elektromotors von einer Abtaststelle zur nächsten nicht stark ändern kann. Bei ausreichend hoher Abtastrate trifft diese Annahme zu.
Wie bereits gesagt sind f₁ und f₂ nicht synchronisiert; die beiden Werte werden daher zu verschiedenen Zeiten gelesen (erste und zweite Abtastzeit). Es muss also eine Deltaposition berechnet werden, die für diese Verzögerung kompensiert.
Da die Schaltfrequenz f₁ variabel und die Erregungsfrequenz f₂ fest ist, wird in 7 nur ein Fall gezeigt, in dem f₁ höher ist als f₂. In 7 ist θ_i das Abtastsignal für die Primärlage und α_i das abgetastete Signal mit dem redundanten Weg.
Um die Zeichnung zu vereinfachen, wird auch angenommen, dass die Abtastung nur an den positiven Spitzen des Erregungssignals erfolgt. Das vorgeschlagene Verfahren wirkt jedoch ähnlich, wenn sowohl die positive als auch die negative Spitzen des Erregungssignals abgetastet werden.
α_i wird nicht zur selben Zeit abgetastet wie θ₁, der Beginn der PWM-Periode; die Lagemesswerte sind daher nicht gleich. Die folgende Berechnung soll für diesen Unterschied kompensieren: Δt = t₁ – t₀ θ_c = ω·Δt θ₁' = α₁ + θ_c mit θ₁' ≈ θ₁
Dazu ist zu sagen, dass die Lageinformation im typischen Fall am Anfang einer PWM-Periode der Motorsteuerung ausgewertet wird. Um θ₁' zu erhalten, addieren wir zum Beispiel θ_c zu α₁, da α₁ früher abgetastet wurde als θ₁.
Zur richtigen Kompensation muss zwischen drei verschiedenen Fällen unterschieden werden.
Fall 1: θ₁ wird vor α₁ abgetastet.
Fall 2: θ₁ wird nach α₁ abgetastet.
Fall 3: Die Abtastung erfolgt genau gleichzeitig.
In den beiden ersten Fällen kann über das Vorzeichen, mit welchem der Kompensationswinkel θ_c addiert werden muss, je nach Fall entschieden werden.
Fall 1: Der Kompensationswinkel wird zu α_i hinzuaddiert.
Fall 2: Der Kompensationswinkel wird von α_i subtrahiert.
Fall 3: Da θ_i und α_i gleichzeitig gelesen werden, ist keine Kompensation erforderlich.
Wenn jedoch der ADU die Umwandlung zur Zeit des Ablesens der Lage noch nicht beendet hat, wartet die Software entweder, bis die Umwandlung abgeschlossen ist, oder kompensiert einfach auf ähnliche Weise wie in Fall 1 und 2.
Bei der Implementierung der Software wird eine Erfassungs- und Vergleichseinheit mit freilaufendem Zeitgeber zur Ablesung der Zeiten, in denen beide Winkel abgetastet werden, eingesetzt. Dabei muss die Software mit einem potentiellen Zeitgeberüberlauf zwischen den beiden Messungen rechnen.
Wenn zum Beispiel t₁ unmittelbar vor dem Überlauf des Zeitgebers und t₂ kurz danach abgelesen wird, muss der Überlauf festgestellt und der Sprungeffekt von der Software kompensiert werden.
Auf ähnliche Weise springt die Lageinformation bei 360 Grad zu null Grad weiter. Das muss von der Software beim Hinzuaddieren des Kompensationswinkels zum gemessenen Winkel berücksichtigt werden.
Bezüglich der Software sind auch andere Bedingungen zu berücksichtigen. Es kann zum Beispiel kein neuer Signalwert abgelesen werden, während der A/D-Umsetzer noch arbeitet. Diese Situation muss festgestellt werden, und das Ablesen des Signals muss entweder aufgeschoben werden, bis der A/D-Umsetzer seine Aufgabe beendet hat, oder wir müssen mit dem vorherigen Messwert arbeiten.
8 veranschaulicht eine tatsächliche Messung der drei Winkel bei einer mechanischen Drehzahl ω = 12000 U/min, f₁ = 12 kHz und f₂ = 10 kHz; der Prüfmotor weist fünf Polpaare auf. Die beiden Winkel θ₁' und θ_i sind offensichtlich ganz nahe beieinander; Messungen weisen zwischen den beiden Winkeln eine Abweichung von weniger als ±3 Grad nach.
Dazu ist auch zu sagen, dass zum aufeinander folgenden Umwandeln der beiden Signale (Sinus und Kosinus) auch nur ein einziger ADU verwendet werden könnte. In diesem Fall muss eine zusätzliche Kompensation berechnet werden, um für die Verzögerung zwischen den aufeinander folgenden Umwandlungen der beiden Signale zu kompensieren.
Der Hauptvorteil dieses Konzepts liegt in seinen niedrigen Kosten und der einfachen Implementation. Außerdem ist es genau genug, um die Winkelfehleranforderungen eines zweiten Mittels zur Rationalisierung der Signalverarbeitungslogik einer RDC- oder ähnlichen Schaltung zu erfüllen.
Die Genauigkeit ist außerdem besser als nötig und lässt genug Spielraum zur zuverlässigen Feststellung einer Funktionsstörung in der Lagedetektion.
Dieser Lösungsweg kann auch bei der Messung der primären Rotorlageinformation in einem kostengünstigen elektrischen Antriebssystem ohne RDC zur Anwendung kommen.
Dem Fachmann sollte außerdem klar sein, dass die obige Beschreibung zwar Ausführungsformen der Erfindung betrifft, dass die Erfindung Jedoch nicht auf diese beschränkt ist und verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und vom Umfang der angehefteten Ansprüche abzuweichen.
Bezugszeichenliste

1: Drehmelder/Digital-Wandler (RDC)
2: Drehmelder
3: Erregungssignal
4, 5: modulierte Signale
6: berechnete Endlage
7: Abtastsignal
8: Analog/Digital-Umsetzer (ADU)
9: Hauptsteuerung
10: Rechtecksignal f₂
11: Abfragepin
12: Erfassungs- und Vergleichseinheit
13: Prozessor
14: Spitzen des Erregungssignals
15: Hüllkurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7009535 B2 [0010]

Claims

Drehmelder-Baugruppe zur Bestimmung der Winkellage eines Rotors, umfassend: – einen Drehmelder/Digital-Wandler (1) zur Erzeugung eines Erregungssignals (3), und – einen Drehmelder (2), der zwei sinusförmige Signale (4, 5) auf der Basis des Erregungssignals (3) liefert, die jeweils der Winkellage des Rotors entsprechend moduliert werden, wobei – der Drehmelder/Digital-Wandler (1) dazu vorgesehen ist, die beiden sinusförmigen Signale (4, 5) zur Bereitstellung von Abtastwerten beginnend mit einer ersten Abtastzeit abzutasten und von den Abtastwerten einen ersten Winkelwert abzuleiten, gekennzeichnet durch, – Erfassungsmittel zur Erfassung einer zweiten Abtastzeit aus dem besagten Erregungssignal (3), – Abtastmittel zum Abtasten eines jeden sinusförmigen Signals (4, 5), beginnend mit der zweiten Abtastzeit, zur Bereitstellung von zweiten Abtastwerten, und – Berechnungsmittel zum Vergleich des ersten Winkelwertes mit dem zweiten Winkelwert durch Berechnung des zweiten Winkelwertes auf der Basis der zweiten Abtastwerte, mit Kompensation durch den Zeitunterschied zwischen der ersten und der zweiten Abtastzeit.
Drehmelder-Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel einen Analog-Digital-Umsetzer (8) oder ein Paar von Analog-Digital-Umsetzern umfassen, der/die von einem vom Erregungssignal abgeleiteten Rechtecksignal ausgelöst wird/werden.
Drehmelder-Baugruppe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Analog-Digital-Umsetzer (8) in einen Mikrocontroller integriert ist/sind.
Drehmelder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastmittel an den Spitzen der sinusförmigen Signale (4, 5) abtasten.
Drehmelder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmelder-Baugruppe einen freilaufenden Zeitgeber zur Bestimmung des Zeitunterschiedes zwischen erster und zweiter Abtastung umfasst.
Drehmelder-Baugruppe nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnungsmittel den letzten zweiten Winkelwert zur Berechnung des zweiten Istwertes des Winkels verwendet.
Verfahren zur doppelten Bestimmung der Winkellage eines Rotors, umfassend die folgenden Schritte: – das Erstellen eines Erregungssignals (3) für einen Drehmelder (2), – die Ausgabe von zwei sinusförmigen Signalen (4, 5) durch den Drehmelder (2), wobei die sinusförmigen Signale (4, 5) auf dem besagten Erregungssignal (3) basieren und der Winkellage des Rotors entsprechend moduliert werden, – das Abtasten der beiden sinusförmigen Signale (4, 5), beginnend mit einer ersten Abtastzeit, zur Bereitstellung von ersten Abtastwerten, und – das Ableiten eines ersten Winkelwertes von den ersten Abtastwerten, gekennzeichnet durch, – das Erfassen einer zweiten Abtastzeit aus dem Erregungssignal (3), – das Abtasten der beiden sinusförmigen Signale (4, 5), beginnend mit der zweiten Abtastzeit, zur Bereitstellung von zweiten Abtastwerten, – das Vergleichen des ersten Winkelwertes mit einem zweiten Winkelwert durch Berechnen des zweiten Winkelwertes auf der Basis der zweiten Abtastwerte, mit Kompensation durch den Zeitunterschied zwischen der ersten und der zweiten Abtastzeit.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass vom Erregungssignal (3) ein Rechtecksignal abgeleitet wird, so dass die zweite Abtastzeit aus dem Rechtecksignal erfasst werden kann.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sinusförmigen Signale (4, 5) an ihren Spitzen abgetastet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung des Istwertes des zweiten Winkels der letzte zweite Winkelwert verwendet wird.