DE102014100624A1 - Resolver-Anordnung - Google Patents

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    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist eine Resolver-Anordnung zur Ermittlung der Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung einer rotierenden Welle, wobei die Anordnung – eine mit der Welle verbundene Rotorspule (1A), – mindestens eine erste ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – einen Oszillator (2) zur Generierung eines periodischen Erregersignals (ES) für die Rotorspule (1A) oder die ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – mindestens einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC, ADC-1, ADC-2) zur Wandlung eines analogen von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2), erzeugten Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal aufweist. Dabei weist die Anordnung erfindungsgemäß einen Komparator (3) auf, dem als Eingangssignale das Erregersignal (ES) und ein Referenzsignal (RS) mit einem vorbestimmten Wert zugeführt sind, wobei der Ausgang des Komparators (3) ein Trigger-Signal (TS) für einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC,ADC-1, ADC-2) erzeugt, wenn der Wert des Erregersignals (ES) den Wert des Referenzsignals (RS) über- oder unterschreitet, wobei das Trigger-Signal (TS) die Analog-Digital-Wandlung des von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2) empfangenen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal auslöst.

Description

  • Die Erfindung betrifft Resolver-Anordnung zur Ermittlung der Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung einer rotierenden Welle. Unter einem Resolver wird ein elektromagnetischer Messwandler zur Umsetzung der Winkellage einer Welle in ein elektrisches Signal verstanden. Die gattungsgemäße Resolver-Anordnung weist eine mit der Welle verbundene Rotorspule, mindestens eine erste ortsfeste Spule und einen Oszillator zur Generierung eines periodischen Erregersignals auf. Dabei wird mit dem Erregersignal entweder die Rotorspule oder die ortsfeste Spule erregt, wobei in der jeweils anderen Spule als Mess-Spule ein von der Winkellage der Welle abhängiges Mess-Signal als Antwort auf die Erregung erzeugt wird. Zur Wandlung des anlogen Mess-Signals in ein digitales Signal weist die gattungsgemäße Resolver-Anordnung mindestens einen Analog-Digital-Wandler (Analog-Digital-Converter, ADC) auf.
  • Das digitale Signal kann dann in bekannter Weise weiterverarbeitet werden, um die Drehzahl, die Drehposition und/oder die Drehrichtung der rotierenden Welle zu ermitteln.
  • Eine derartige Resolver-Anordnung ist beispielsweise aus dem Dokument DE 10 2005 005 024 B4 bekannt. Zur Analog-Digital-Wandlung der Mess-Signale wird dort ein sogenannter Delta-Sigma-Wandler eingesetzt, der einen das analoge Mess-Signal darstellenden Bitstrom liefert. Derartige Resolver-Anordnungen werden häufig in Industrieanlagen unter unterschiedlichsten Bedingungen, insbesondere bei verschiedenen und sich ändernden Temperaturen eingesetzt. Problematisch dabei ist, dass durch äußere Einflüsse, insbesondere durch Temperaturänderungen, bedingte Schwankungen der Amplitude-, Phase- oder Frequenz des Erregersignals zu einer Verfälschung des Messergebnisses führen. Darüber hinaus ist die Weiterverarbeitung des von einem Delta-Sigma-Wandler gelieferten Bitstroms relativ aufwendig.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Resolver-Anordnung zur Verfügung zu stellen, welche in einfacher Weise auch bei Schwankungen des Errgersignals aufgrund äußerer Einflüsse zuverlässige digitale Mess-Signale liefert.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Resolver-Anordnung gemäß der Erfindung weist einen Komparator auf, dem als Eingangssignale das Erregersignal und ein Referenzsignal mit einem vorbestimmten Wert zugeführt sind, wobei der Ausgang des Komparators ein Trigger-Signal für einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler erzeugt, wenn der Wert des Erregersignals den Wert des Referenzsignals über- oder unterschreitet. Dabei löst das Trigger-Signal die Analog-Digital-Wandlung des von der Rotorspule oder der ortsfesten Spule empfangenen mindestens einen analogen Mess-Signals in ein digitales Signal aus. Durch die erfindungsgemäße Ankopplung der Abtastzeitpunkte an das Erregersignal selbst werden Messfehler, die durch die Schwankungen des Erregersignals verursacht werden, vermieden, da die Auswirkungen der Schwankungen auf das Mess-Signal durch die synchrone Verschiebung des Abtastzeitpunktes kompensiert werden. Auch bei Schwankungen des Erregersignals sind die zeitlichen Abstände zwischen den Abtastzeitpunkten immer gleich. Es wird immer an den Punkten abgetastet, die den gleichen Informationsgehalt haben. In besonders vorteilhafter Weise ist der Wert des Referenzsignals nur geringfügig kleiner als der Scheitelwert des periodischen Erregersignals, welches vorzugsweise einen sinusförmigen Verlauf hat. Damit wird das Trigger-Signal und somit die Abtastung zu einem Zeitpunkt ausgelöst, wo das analoge Mess-Signal ebenfalls einen vergleichsweise großen Wert hat. Dadurch ist die relative Ungenauigkeit bei der Analog-Digital-Wandlung gering, da die relative Ungenauigkeit bei der Analog-Digital-Wandlung von großen anlogen Werten geringer ist als bei der Analog-Digital-Wandlung von kleineren analogen Werten. Erfindungsgemäß wird das bzw. die analoge Mess-Signal(e) während der Periodendauer des Erregersignals nur einmal durch Analog-Digital-Wandlung „abgetastet“, wobei der Abtastzeitpunkt durch das Trigger-Signal an das Erregersignal gekoppelt ist. Durch den Mehr-Bit Analog-Digital Wandler wir der Wert des analogen Mess-Signals zum Abtastzeitpunkt in einen digitalen Zahlenwert gewandelt, der in einfacher Weise durch eine Auswerte- und Steuereinheit weiterverarbeitet werden kann, um die Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung einer rotierenden Welle zu berechnen.
  • In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung weist die Resolver-Anordnung Mittel auf, um a) die Anzahl der Trigger-Signale direkt oder indirekt zu zählen, und b) die Anzahl der erfolgten Abtastungen des mindestens einen analogen Mess-Signals durch Analog-Digitalwandlung zu zählen. Durch Vergleich der Anzahl der Trigger-Signale (= Sollzahl der Abtastungen) mit der Anzahl der tatsächlich erfolgten Abtastungen in einer Überwachungseinheit, kann festgestellt werden, ob Mess-Signale nicht erfasst wurden, was ein Hinweis darauf ist, dass die Resolver-Anordnung fehlerhaft oder zumindest nicht zuverlässig arbeitet. Dabei wird von der Überwachungseinheit ein Fehlersignal erzeugt, wenn die Anzahl der Trigger-Signale von der Anzahl der Abtastungen abweicht. Maßnahmen als Reaktion auf ein solches Fehlersignal können automatisch oder manuell erfolgen. Durch die Implementierung der erfindungsgemäßen Abtastüberwachung ist die Resolver-Anordnung insgesamt für den Einsatz in der Steuerung von Anlagen und Maschinen, bei denen eine sichere Steuerung unter dem Aspekt der Gefahrensicherheit von Personen gefordert wird, besonders geeignet.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung eines Resolvers mit einer Rotorspule und zwei ortsfesten Mess-Spulen,
  • 2 ein Blockschaltbild der Resolver-Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform,
  • 2A ein Blockschaltbild der Resolver-Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform,
  • 3A den zeitlichen Verlauf des Erregersignals vor dem Hintergrund des Referenzsignals,
  • 3B den zeitlichen Verlauf am Ausgang des Komparators zur Generierung des Trigger-Signals für die Analog-Digital-Wandlung,
  • 3C den zeitlichen Verlauf der analogen Mess-Signale mit den Abtastzeitpunkten,
  • 4 die zeitlichen Abstände zwischen Abtastzeitpunkten bei unterschiedlichen Erregersignalen,
  • 5 den zeitlichen Verlauf des gleichgerichteten Erregersignals sowie den zeitlichen Verlauf Signals am Ausgang des Fensterkomparators,
  • 6 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung der Abtastüberwachung.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Resolvers mit den eigentlichen Resolver-Spulen. Die Resolver-Anordnung umfasst die Resolver-Spulen sowie die elektronischen Komponenten zur Ansteuerung der Resolver-Spulen und zur Verarbeitung und Auswertung der Mess-Signale. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfasst der Resolver (1) eine mit der Welle verbundene Rotorspule (1A), welche sich bei Rotation der Welle (nicht dargestellt) mit dreht, und zwei um 900 gegeneinander versetzt angeordnete, ortsfeste Spulen (1B1, 1B2), die als Mess-Spulen dienen sowie eine Erregerspule (1B). Die kurzgeschlossene Rotorspule (1) besteht aus einer Rotorwicklung (1A0), die im Bereich zwischen den ortsfesten Mess-Spulen (1B1, 1B2) angeordnet ist, sowie aus Transformatorwicklungen (1A1), die im Wirkbereich der Erregerspule (1B) angeordnet sind. Dabei wird ein periodisches, vorzugsweise sinusförmiges Erregersignal (ES), das über einen in 1 nicht dargestellten Oszillator generiert wird, in die Erregerspule (1B) eingespeist. Dieses wird dann induktiv über die Transformatorwicklungen (1A1) der Rotorspule (1A) in diese eingekoppelt. Die Erregerspule (1B) und die Transformatorwicklungen (1A1) der Rotorspule (1A) bilden somit quasi einen Drehtransformator. Die ortsfesten Mess-Spulen (1B1, 1B2) bestehen in der dargestellten Ausführungsform jeweils aus einer Messwicklung, die auch als Statorwicklung bezeichnet wird. Das induktiv in die Rotorspule (1A) eingekoppelte Erregersignal (ES) erzeugt nun wiederum induktiv in den beiden Mess-Spulen (1B1, 1B2) als Antwort auf das Erregersignal (ES) Signale (AS1, AS2), die in bekannter Weise als Mess-Signale für die Ermittlung der Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung der rotierenden Welle verwendet werden. Dabei sind die Amplituden der in den beiden Mess-Spulen (1B1, 1B2) induzierten Spannungen abhängig von der Winkelstellung/Drehposition der Rotorspule (1A). Die Amplituden der Mess-Signale entsprechen dabei dem Sinus und Kosinus der Winkellage der Rotorspule (1A). Die Winkellage errechnet sich demnach in bekannter Weise aus dem Arcustanges des Amplitudenverhältnisses der beiden Mess-Signale.
  • Selbstverständlich können die Mess-Spulen ((1B1, 1B2) sowie die Rotorspule (1A) auch abweichend von der in 1 dargestellten Ausführungsform ausgebildet sein.
  • Darüber hinaus ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, dass lediglich eine ortsfeste Spule verwendet wird.
  • Außerdem ist es im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, dass das Erregersignal direkt, d.h. nicht induktiv, in die Rotorspule (Rotorerregung) oder in die mindestens eine ortsfeste Spule (Statorerregung) eingespeist wird, wobei in der jeweils anderen Spule als Mess-Spule ein von der Winkellage der Welle abhängiges Mess-Signal als Antwort auf die Erregung erzeugt wird.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild der Resolver-Anordnung gemäß einer ersten Ausführungsform. Neben dem eigentlichen Resolver (1) sind hier auch die elektronischen Komponenten zur Ansteuerung der Resolver-Spulen und zur Verarbeitung und Auswertung der Mess-Signale dargestellt. Der eigentliche Resolver (1) kann in dieser Darstellung als „Black Box“ betrachtet werden, die von einem Oszillator (2) mit dem Erregersignal (ES) gespeist wird und ausgangsseitig zwei analoge Signale (AS1, AS2) als Mess-Signale liefert. Jedes der beiden Mess-Signale (AS1, AS2) wird, vorzugsweise über eine Signalanpassung (5), jeweils einem Analog-Digital-Wandler (ADC-1, ADC-2) zugeführt. Die Signalanpassung (5) in Form einer Signalanpassungsschaltung dient der Anpassung der von den Mess-Spulen (1B1, 1B2) erzeugten analogen Signale (AS1, AS2) an den Eingangssignalbereich der Analog-Digital-Wandler (ADC-1, ADC-2). Dabei werden beispielsweise die analogen Signalverläufe der Mess-Signale (AS1, AS2) insgesamt angehoben, damit keine Signalanteil mit negativem Vorzeichen mehr vorhanden sind. Außerdem werden die Amplituden der Mess-Signale (AS1, AS2) auf den Eingangsspannungsbereich der Analog-Digital-Wandler angepasst. Die digitalisierten Mess-Signale werden dann zur Weiterverarbeitung an eine Auswerte- und Steuereinheit übermittelt, die vorzugsweise in Form eines Mikrokontrollers (µ c) ausgebildet ist. Die Übertragung der digitalisierten Signale von den Analog-Digital-Wandlern (ADC-1, ADC-2) zum Mikrokontroller erfolgt über ein entsprechendes Dateninterface (8), beispielsweise über eine SPI-Schnittstelle (Serial Peripheral Interface). Das vom Oszillator (2) erzeugte Erregersignal (ES) wird nun nicht nur dem Resolver (1) zugeführt, sondern auch einem Komparator (3) als eines von zwei Eingangssignalen. Als weiteres Eingangssignal wird dem Komparator (2) ein Referenzsignal (RS) mit einem vorbestimmten Wert zugeführt. Dabei erzeugt der Ausgang des Komparators (3) ein Trigger-Signal (TS), wenn der Wert des Erregersignals (ES) den Wert des Referenzsignals (RS) über- oder unterschreitet. Das Trigger-Signal (TS) wird nun auch den beiden Analog-Digital-Wandlern (ADC-1, ADC-2) zugeführt, wobei das Trigger-Signal (TS) die Analog-Digital-Wandlung der analogen Mess-Signale (AS1, AS2) auslöst. Die Abtastung der beiden Mess-Signale (AS1, AS2) durch Analog-Digital-Wandlung erfolgt somit gleichzeitig. Der Komparator (3) zur Erzeugung des Trigger-Signals (TS) ist vorzugsweise ein integraler Bestandteil der Auswerte- und Steuereinheit (µC). So ist es beispielsweise vorgesehen, hierfür einen Mikrokontroller (µC) mit einem integrierten Analog-Komparator (3) zu verwenden. Es ist jedoch ebenso möglich, einen separaten Komparator zur Erzeugung des Trigger-Signals außerhalb der Auswerte- und Steuereinheit vorzusehen.
  • Das Referenzsignal (RS) wird von einer Referenzspanungsquelle (6) in Form einer Referenzspannung bereitgestellt. Diese Referenzspannung dient vorzugsweise auch als Referenzspannung für die Analog-Digital-Wandler (ADC-1, ADC-2).
  • 2A zeigt ein Blockschaltbild der Resolver-Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform. In dieser Ausführungsform weist die Resolver-Anordnung nur einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC) für die beiden analogen Mess-Signale (AS1, AS2) auf. Statt eines zweiten Analog-Digital-Wandlers weist die Anordnung einen Umschalter (7), vorzugsweise in Form eines Multiplexers, mit zwei Eingängen und einem Ausgang auf. Dabei sind die beiden analogen Mess-Signale (AS1, AS2), vorzugsweise nach der Signalanpassung, auf die Eingänge des Umschalters (7) geführt. Der Ausgang des Umschalters (7) ist dem einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC) zugeführt. Dabei verbindet der Umschalter (7) in der einen Schaltposition den ersten Eingang mit dem Ausgang und in der anderen Schaltposition den zweiten Eingang mit dem Ausgang. Auf diese Weise können die beiden analogen Mess-Signale (AS1, AS2) in kostengünstiger Weise mit nur einem Analog-Digital-Wandler in digitale Signale gewandelt werden. Die Auslösung der Digital-Analog-Wandlung wird auch in dieser Ausführungsform über das Trigger-Signal (TS) ausgelöst, das dem Analog-Digital-Wandler (ADC) zugeführt wird. In vorteilhafter Weise wird die Umschaltung des Umschalters (7) mit dem Trigger-Signal (TS) gekoppelt, wobei das Trigger-Signal (TS) dem Umschalter (7) direkt oder über eine Verzögerungsschaltung (nicht dargestellt) zugeführt wird. Somit kann die Umschaltung unmittelbar nach Generierung des Trigger-Signals (TS) oder mit einer bestimmten, aber bekannten Verzögerung erfolgen, so dass die beiden Mess-Signale (AS1, AS2) quasi gleichzeitig oder mit einer definierten Verzögerung abgetastet werden.
  • In 3A ist der zeitliche Verlauf des Erregersignals (ES) dargestellt, dass in diesem Fall einen sinusförmigen Spannungsverlauf hat, wobei gestrichelt der Referenzspannungswert (RS) eingezeichnet ist. Der Wert des Referenzsignals (RS) und der Scheitelwert des Erregersignals (ES) sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass sich ein optimaler Abtastzeitpunkt ergibt. Dabei ist der Wert des Referenzsignals nur geringfügig kleiner als der Scheitelwert des periodischen Erregersignals. Damit wird das Trigger-Signal (TS) und somit die Abtastung zu einem Zeitpunkt ausgelöst, wo das analoge Mess-Signal ebenfalls einen vergleichsweise großen Wert hat. Dadurch ist die relative Ungenauigkeit bei der Analog-Digital-Wandlung gering.
  • In 3B ist der zeitliche Verlauf des Komparator-Ausgangssignals dargestellt, welches aus einer Folge von Rechteckimpulsen besteht. Dabei hat der Komparatorausgang der Wert „High“, wenn das Erregersignal (ES) größer als das Referenzsignal (RS) und den Wert „Low“, wenn das Erregersignal (ES) kleiner als der Referenzwert (RS) ist. Wenn das Erregersignal (ES) den Referenzwert (RS) überschreitet wird eine positive Flanke erzeugt; wenn dann das Erregersignal (ES) den Referenzwert (RS) wieder unterschreitet, wird eine negative Flanke erzeugt. Dabei wird vorzugsweise die positive Flanke als Trigger-Signal (TS) für die Analog-Digital-Wandlung verwendet. Da so aufgrund des nach der positiven Flanke weiter ansteigenden Erregersignals (ES) und unter Berücksichtigung von Signallaufleiten die Triggerung der Analog-Digital-Wandlung zu dem Zeitpunkt erfolgt, wo das Erregersignal (ES) und somit auch die Mess-Signale (AS1, AS2) ebenfalls einen vergleichsweise großen Wert haben. Grundsätzlich kann jedoch auch die negative Flanke als Trigger-Signal (TS) verwendet werden.
  • In 3C ist der zeitliche Verlauf der beiden von den Mess-Spulen (1B1, 1B2) erzeugen Mess-Signale (AS1, AS2) nach der Signalanpassung (5) dargestellt. Hier wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit der statische Fall dargestellt, d.h. der Fall der ruhenden und nicht rotierenden Rotorspule (1A). In diesem Fall wird in den beiden um 900 gegeneinander versetzt angeordneten Mess-Spulen (1B1, 1B2) ebenfalls ein sinus- bzw. cosinusförmiger Spannungsverlauf mit der Frequenz des Erregersignals (ES) erzeugt. Bei einer rotierenden Rotorspule (1A) entsteht eine Schwebung, bei der der sinus- bzw. cosinusförmigen Schwingung noch eine Schwingung mit der Frequenz der Rotation überlagert ist. Dabei ist in 3C mit MAi der Wert des Mess-Signals (AS1) zum Trigger-Zeitpunkt (i) bezeichnet, während mit MBi der Wert des Mess-Signals (AS2) zu diesem Zeitpunkt bezeichnet ist.
  • In 4 ist der zeitliche Verlauf verschiedener Erregersignale (ES) dargestellt. Außerdem ist das Referenzsignal (RS) eingezeichnet. Dabei stellt die durchgezogene Linie den „normalen“ Verlauf des Erregersignals (ES) unter Standardbedingungen dar, während die beiden anderen Kurven davon abweichende Verläufe des Erregersignals (ES) darstellen, die beispielsweise das Ergebnis unterschiedlicher Temperaturen auf den das Erregersignal (ES) erzeugenden Oszillator (2) sein können. Beim punktierten Verlauf hat das Erregersignal gegenüber dem normalen Verlauf einen höheren Scheitelwert. Beim gestrichelten Verlauf hat das Erregersignal gegenüber dem normalen Verlauf eine niedrigere Frequenz. Die fett gekennzeichneten Punkte markieren die Abtastzeitpunkte, wo die Erregersignale (ES) jeweils das Referenzsignal (RS) überscheiten. Wie zu erkennen ist, sind die zeitlichen Abstände (t1, t2, t3) zwischen den jeweiligen Abtastzeitpunkten trotz unterschiedlicher Erregersignale gleich groß. Dies wird durch die Ankopplung der Abtastzeitpunkte an das Erregersignal selbst über die erfindungsgemäße Triggerung bewirkt.
  • Eine in 6 schematisch dargestellte Weiterbildung beschäftigt sich mit der Überwachung der Analog-Digital-Wandlung, wobei überprüft wird, ob zu allen vorgesehenen Abtastzeitpunkten auch tatsächlich eine Abtastung der Mess-Signale (AS1, AS2) durch Analog-Digital-Wandlung stattgefunden hat. Zu diesem Zweck weist die Anordnung Mittel (Z1, Z2) auf, um a) die Anzahl der Trigger-Signale (TS) direkt oder indirekt zu zählen, und b) die Anzahl der erfolgten Abtastungen des mindestens einen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) durch Analog-Digitalwandlung zu zählen. Dabei wird die Anzahl der gezählten Trigger-Signale (TS) mit der Anzahl der gezählten Abtastungen in einer Überwachungseinheit (4) verglichen. Wenn die Anzahl der Trigger-Signale (TS) von der Anzahl der Abtastungen abweicht, wird von der Überwachungseinheit (4) ein Fehlersignal erzeugt. Als Zähler (Z1, Z2) für die Anzahl der Analog-Digital-Wandlungen (= Abtastungen) und die Anzahl der Trigger-Signale (TS) können separate Zähler vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Zähler (Z2) für die Anzahl der ADC-Abtastungen jedoch in der Auswerte- und Steuereinheit (µC) integriert, wobei der Zähler jeweils um eins erhöht wird, wenn die Auswerte- und Steuereinheit (µC) ein digitalisierte Mess-Signal über das Dateninterface (8) von dem oder einem der Analog-Digital-Wandler erhält. Auch der Zähler (Z1) für die Anzahl der Trigger-Signale (TS) ist vorzugsweise in der Auswerte- und Steuereinheit (µC) integriert, wobei dieser Zähler (Z1) bei der direkten Zählung der Trigger-Signale (TS) jeweils um eins erhöht wird, wenn der Komparator (3), der ja ebenfalls in der Auswerte-und Steuereinheit (µC) integriert ist, ein Trigger-Signal (TS) erzeugt.
  • Bei der indirekten Zählung der Trigger-Signale (TS) wird das vom Oszillator (2) erzeugte Erregersignal (ES) einem Gleichrichter (9) und anschließend das gleichgerichtete Signal (GS) einem Fensterkomparator (10) zugeführt. Dabei wird bei einer positiven oder negativen Flanke am Ausgang des Fensterkomparators (10) jeweils ein Zähler inkrementiert, um die Anzahl der Trigger-Signale (TS) zu ermitteln. Während pro Periodendauer des Erregersignals (ES) ein Trigger-Signal (TS) erzeugt wird (siehe 3A bis 3B), werden am Ausgang des Fensterkomparators (10) zwei positive Flanken erzeugt, so dass für die Abtastüberwachung nur jede zweite positive Flanke gezählt wird. Der Zähler (Z1) für die positiven Flanken des Fensterkomparators (10) als Zählimpulse ist vorzugsweise ebenfalls in der Auswerte- und Steuereinheit (µC) integriert. Durch diese indirekte Zählung der Trigger-Signale (TS), die von der Erzeugung der Trigger-Signale selbst unabhängig ist, wir eine zusätzliche Kontrolle erreicht.
  • Die Überwachungseinheit (4) für den Vergleich der Zählerstände ist vorzugsweise ebenfalls in der Auswerte- und Steuereinheit (µC) integriert.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Resolver
    1A
    Rotorspule
    1A1
    Rotorwicklung
    1A2
    Transformatorwicklungen
    1B1
    Erste Mess-Spule
    1B2
    Zweite Mess-Spule
    1C
    Erregerspule
    2
    Oszillator
    3
    Komparator
    4
    Überwachungseinheit
    5
    Signalanpassung
    6
    Referenzspannungsquelle
    7
    Umschalter
    8
    Dateninterface zwischen ADC und Mikrocontroller
    9
    Gleichrichter
    10
    Fensterkomparator
    10A
    Ausgang des Fensterkomparators
    ADC
    Analog-Digital-Wandler
    ADC-1
    Erster Analog-Digital-Wandler
    ADC-2
    Zweiter Analog-Digital-Wandler
    AS1
    Analoges Signal von der ersten Mess-Spule
    AS2
    Analoges Signal von der zweiten Mess-Spule
    ES
    Erregersignal
    GS
    Gleichgerichtetes Signal
    RS
    Referenzsignal
    TS
    Trigger-Signal
    Z1
    Zähler für Trigger-Signale
    Z2
    Zähler für ADC-Abtastungen
    µC
    Steuer- und Auswerteeinrichtung
  • 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
    • DE 102005005024 B4 [0003]

Claims (13)

  1. Resolver-Anordnung zur Ermittlung der Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung einer rotierenden Welle, wobei die Anordnung – eine mit der Welle verbundene Rotorspule (1A), – mindestens eine erste ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – einen Oszillator (2) zur Generierung eines periodischen Erregersignals (ES) für die Rotorspule (1A) oder die ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – mindestens einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC, ADC-1, ADC-2) zur Wandlung eines analogen von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2), erzeugten Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Komparator (3) aufweist, dem als Eingangssignale das Erregersignal (ES) und ein Referenzsignal (RS) mit einem vorbestimmten Wert zugeführt sind, wobei der Ausgang des Komparators (3) ein Trigger-Signal (TS) für einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC,ADC-1, ADC-2) erzeugt, wenn der Wert des Erregersignals (ES) den Wert des Referenzsignals (RS) über- oder unterschreitet, wobei das Trigger-Signal (TS) die Analog-Digital-Wandlung des von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2) empfangenen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal auslöst.
  2. Resolver-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Anordnung eine Erregerspule (1B) aufweist, in die das vom Oszillator (2) generierte Erregersignal (ES) eingespeist wird, wobei das Erregersignal (ES) induktiv in die Rotorspule (1B) eingekoppelt wird, wobei die mindestens eine ortsfeste Spule (1B1) als Mess-Spule verwendet wird, in der als Antwort auf das Erregersignal (ES) das analoge Mess-Signal (AS1) erzeugt wird.
  3. Resolver-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Referenzspannungsquelle (6) mit einer vorbestimmbaren Referenzspannung als Referenzsignal (RS) aufweist.
  4. Resolver-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Signalanpassung (5) in Form einer Signalanpassungsschaltung zur Anpassung des von der mindestens einen Mess-Spule (1B1) erzeugten analogen Signals (AS1) an den Eingangssignalbereich des Analog-Digitalwandlers (ADC-1) aufweist.
  5. Resolver-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine Steuer-und Auswerteeinrichtung (µC), vorzugsweise in Form eines Mikrokontrollers, aufweist, wobei der Steuer- und Auswerteeinrichtung (µC) die digitalen Signale der Analog-Digital-Wandlung zugeführt werden.
  6. Resolver-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine zweite ortsfeste Spule (1B2) als Mess-Spule, die vorzugsweise gegenüber der ersten Mess-Spule um 900 versetzt angeordnet ist, und einen zweiten Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC-2) zur Wandlung des von der zweiten Mess-Spule (1B2) empfangenen, analogen Mess-Signals (AS2) in ein digitales Signal aufweist, wobei das Trigger-Signal (TS) zur Auslösung der Analog-Digitalwandlung für beide Analog-Digital-Wandler (ADC-1,ADC-2) verwendet wird.
  7. Resolver-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung eine zweite ortsfeste Spule (1B2) als Mess-Spule, die vorzugsweise gegenüber der ersten Mess-Spule um 900 versetzt angeordnet ist, und einen Umschalter (7) mit zwei Eingängen und einem Ausgang aufweist, wobei – der Umschalter (7) in der einen Schaltposition den ersten Eingang mit dem Ausgang verbindet und in der anderen Schaltposition den zweiten Eingang mit dem Ausgang verbindet, – das Mess-Signal (AS1) der ersten Mess-Spule (1B1) auf den ersten Eingang und das Mess-Signal (AS2) der zweiten Mess-Spule (1B2) auf den zweiten Eingang des Umschalters (7) geführt ist, – der Ausgang des Umschalters (7) dem einen Analog-Digitalwandler (ADC) zugeführt ist.
  8. Resolver-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Umschaltung des Umschalters (7) mit dem Trigger-Signal (TS) gekoppelt ist.
  9. Resolver-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung Mittel aufweist, um a) die Anzahl der Trigger-Signale (TS) direkt oder indirekt zu zählen, b) die Anzahl der erfolgten Abtastungen des mindestens einen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) durch Analog-Digitalwandlung zu zählen, wobei – die Anzahl der Trigger-Signale (TS) mit der Anzahl der Abtastungen in einer Überwachungseinheit verglichen wird, – von der Überwachungseinheit (4) ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Anzahl der Trigger-Signale (TS) von der Anzahl der Abtastungen abweicht.
  10. Resolver-Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung einen Gleichrichter (9) und einen Fensterkomparator (10) aufweist, wobei – das vom Oszillator (2) erzeugte Erregersignal (ES) dem Gleichrichter (9) zugeführt wird, – das gleichgerichtete Signal (GS) dem Fensterkomparator (10) zugeführt wird, – bei einer positiven oder negativen Flanke am Ausgang des Fensterkomparators (10) jeweils ein Zähler inkrementiert wird, um die Anzahl der Trigger-Signale (TS) zu ermitteln.
  11. Resolver-Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (4) Teil der Steuer- und Auswerteeinrichtung () ist.
  12. Verfahren zum Betrieb einer Resolver-Anordnung zur Ermittlung der Drehzahl, Drehposition und/oder Drehrichtung einer rotierenden Welle, wobei die Anordnung – eine mit der Welle verbundene Rotorspule (1A), – mindestens eine erste ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – einen Oszillator (2) zur Generierung eines periodischen Erregersignals (ES) für Rotorspule (1A) oder die ortsfeste Spule (1B1, 1B2), – mindestens einen ersten Analog-Digital-Wandler (ADC,ADC-1, ADC-2) zur Wandlung eines analogen von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2) erzeugten Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Komparator (3) verwendet wird, dem als Eingangssignale das Erregersignale (ES) und ein Referenzsignal (RS) mit einem vorbestimmten Wert zugeführt werden, wobei der Ausgang des Komparators (3) ein Trigger-Signal (TS) für einen Mehr-Bit Analog-Digital-Wandler (ADC,ADC-1, ADC-2) erzeugt, wenn der Wert des Erregersignals (ES) den Wert des Referenzsignal (RS) über- oder unterschreitet, wobei das Trigger-Signal (TS) die Analog-Digital-Wandlung des von der Rotorspule (1A) oder der ortsfesten Spule (1B1, 1B2) empfangenen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) in ein digitales Signal auslöst.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel a) die Anzahl der Trigger-Signale (TS) direkt oder indirekt gezählt wird, b) die Anzahl der erfolgten Abtastungen des mindestens einen analogen Mess-Signals (AS1, AS2) durch Analog-Digitalwandlung gezählt werden, wobei – die Anzahl der Trigger-Signale (TS) mit der Anzahl der Abtastungen in einer Überwachungseinheit (4) verglichen wird, – von der Überwachungseinheit (4) ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn die Anzahl der Trigger-Signale (TS) von der Anzahl der Abtastungen abweicht.
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