-
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben eines Resolvers, der wenigstens eine Empfängerwicklung und wenigstens einer Erregerwicklung aufweist, die einer drehbar gelagerten Welle, insbesondere Rotorwelle einer elektrischen Maschine, zugeordnet/zuordenbar sind, sowie eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von einer durch die Erregerwicklung mittels eines, insbesondere durch die Einrichtung vorgebbaren Soll-Erregersignal mit einer vorgebbaren Frequenz und Amplitude erzeugten und durch die Empfängerwicklung erfassten induzierten Spannung eine Wickellage der Welle bestimmt.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Resolvers sowie eine Resolvereinrichtung.
-
Stand der Technik
-
Zum Erfassen der Winkellage eines Rotors einer elektrischen Maschine wird häufig auch im Kraftfahrzeugbereich ein Resolver eingesetzt. Der Resolver stellt einen elektromagnetischen Messumformer dar, der in Abhängigkeit von der Winkellage des Rotors eine elektrische Größe, insbesondere Spannung ausgibt. Hierzu weist der Resolver in der Regel ein Gehäuse auf, in welchem zwei um 90% zueinander versetzte Empfängerwicklungen angeordnet sind, die den in einem Gehäuse drehbar gelagerten Rotor umschließen. Dem Rotor ist außerdem wenigstens eine Erregerwicklung zugeordnet, die mit einem vorgebbaren Soll-Erregersignal, dass eine vorgebbare Frequenz und eine vorgebbare Amplitude aufweist, betrieben wird. Sowohl die Erregerwicklung als auch die Empfängerwicklung kann im Gehäuse fest beziehungsweise statorseitig angeordnet sein, wobei die Erregerwicklung durch das Erregersignal per Induktion ein Magnetfeld in dem Rotor beziehungsweise in der Welle erzeugt, dass wiederum eine Spannung in die Empfängerwicklung induziert. Die Einkopplung in die Empfängerwicklung ist dabei abhängig von der Lage der Welle beziehungsweise des Rotors, sodass es durch Auswerten des in die Empfängerwicklung induzierten Signals auf die Lage des Rotors beziehungsweise der Welle geschlossen werden kann.
-
Üblicherweise wird der Resolver durch eine einfache Steckverbindung mit einer entsprechenden Auswertereinrichtung oder einem Steuergerät verbunden. Wird dabei der Resolver verkehrt verschaltet oder angeschlossen, sodass die Anschlüsse der Erregerwicklung verwechselt werden, führt dies zu einer Invertierung der erfassten Lage-Informationen.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass eine verkehrte Verschaltung, beispielsweise im Sinne einer Verpolung Anschlüsse der Erregerwicklung, des Resolvers mit einfachen Mitteln sicher erkannt werden kann. Erfindungsgemäß ist dazu vorgesehen, dass der Erregerwicklung Mittel zum Begrenzen einer elektrischen Spannung an der Erregerwicklung zugeordnet sind, wobei die Mittel die Spannung nur oberhalb einer maximalen Spannung in nur einer Stromrichtung begrenzen. Durch einen Vergleich des der Erregerwicklung zugeführten Soll-Erregersignals mit dem tatsächlich vorliegenden Ist-Erregersignal kann nun darauf geschlossen werden, ob der Resolver korrekt oder verkehrt verschaltet wurde, insbesondere ob die Erregerwicklung korrekt oder verkehrt beziehungsweise verpolt angeschlossen ist. Die Einrichtung ist zweckmäßigerweise dazu ausgebildet, zu Testzwecken die Erregerfrequenz und die Erregeramplitude des Soll-Erregersignals zu erhöhen, insbesondere zu verdoppeln, sodass eine Spannung oberhalb der maximalen Normalspannung an der Erregerwicklung vorgegeben wird. In Abhängigkeit der Verschaltung wird dann das Ist-Erregersignal durch die Mittel derart beeinflusst, dass die Amplitude des Ist-Erregersignals bezüglich der Amplitude des Soll-Erregersignals verzerrt beziehungsweise verschoben wird. Durch einen Vergleich der Amplituden kann somit auf eine korrekte oder verkehrte Verschaltung geschlossen werden.
-
Vorzugsweise weisen die Mittel eine Zenerdiode und eine in Reihe zu der Zenerdiode geschaltete Diode auf. Hierdurch ist eine Spannungsbegrenzung in nur einer Stromrichtung auf einfache und kostengünstige Art und Weise realisierbar. Selbstverständlich sind auch alternative Ausführungsformen der Mittel denkbar.
-
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Zenerdiode und die Diode parallel zu der Erregerwicklung geschaltet sind, um die Spannungsbegrenzung zu realisieren.
-
Weiterhin ist bevorzugt vorgesehen, dass eine der Erregerwicklung zugeordnete Auswerteeinrichtung, die das Ist-Erregersignal erfasst und mit dem Soll-Erregersignal vergleicht, vorgesehen ist. Hierdurch wird der zuvor beschriebene Vergleich durchgeführt.
-
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass die Einrichtung für einen Testbetrieb die Frequenz und/oder die Amplitude des Soll-Erregersignals verdoppelt, wie zuvor bereits erwähnt. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Einrichtung die Frequenz und/oder Amplitude des Soll-Erregersignals erhöht. Durch die gleichzeitige Verdopplung von Amplitude und Frequenz wird jedoch erreicht, dass die Amplitude des Stroms in der Induktivität der Erregerwicklung sich nicht verändert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 zeichnet sich dadurch aus, dass für einen Testbetrieb die Amplitude und die Frequenz des Soll-Erregersignals erhöht, insbesondere verdoppelt werden, und dass ein Ist-Erregersignal der Erregerwicklung erfasst, und mit dem Soll-Erregersignal verglichen wird, um auf eine korrekte oder verkehrte Verschaltung zu erkennen. Die Erkennung der Verschaltung wird dabei wie zuvor beschrieben durchgeführt und es ergeben sich hierdurch die zuvor bereits genannten Vorteile.
-
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass auf eine korrekte Verschaltung geschlossen wird, wenn eine positive Amplitude des Ist-Erregersignals von dem Soll-Erregersignal abweicht, und dass auf eine verkehrte Verschaltung geschlossen wird, wenn eine negative Amplitude des Ist-Erregersignals von dem Soll-Erregersignal abweicht. Auf diese Art und Weise ist eine einfache Bestimmung der Schaltung möglich.
-
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass auf eine korrekte oder verkehrte Verschaltung in Abhängigkeit einer Zeitphase geschlossen wird, in welcher die Spannung an der Erregerwicklung durch die Mittel begrenzt wird. Hierdurch kann alternativ oder zusätzlich (zur Plausibilisierung) erkannt werden, ob die Erregerwicklung korrekt oder verpolt beispielsweise mit dem Steuergerät oder einer Endstufe des Steuergeräts verbunden ist. In Abhängigkeit der Zeitphase lässt sich die positive oder negative Amplitude des Erregersignals feststellen und damit bestimmen, an welcher Amplitude eine Verzerrung durch die Spannungsbegrenzungsmittel hervorgerufen wird. Entsprechend kann in Abhängigkeit von der Verzerrung beziehungsweise der Abweichung von der Soll-Amplitude, wie zuvor beschrieben auf eine korrekte oder verpolte/verkehrte Verschaltung geschlossen werden. Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus dem zuvor beschriebenen.
-
Die erfindungsgemäße Resolvereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 zeichnet sich durch die erfindungsgemäße Vorrichtung aus, die insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchführt. Es ergeben sich hierdurch die bereits genannten Vorteile. Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Dazu zeigen
-
1 einen Resolver in einer vereinfachten Darstellung,
-
2 eine vorteilhafte Resolvereinrichtung und
-
3 Erregersignale einer Erregerwicklung des Resolvers.
-
1 zeigt in einer vereinfachten Darstellung einen herkömmlichen Resolver 1, der eine Erregerwicklung 2 sowie eine erste Empfängerwicklung 3 und eine zweite Empfängerwicklung 4 aufweist. Die Empfängerwicklungen 3 und 4 sind um eine Welle 5, die beispielsweise eine Rotorwelle einer elektrischen Maschine ist, um 90° zueinander versetzt umgebend angeordnet. Die Welle 5 ist drehbar gelagert und kann die Erregerwicklung 2 tragen, wobei dann die Erregerwicklung 2 beispielsweise durch Schleifringe und Bürsten elektrisch kontaktierbar ist. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist jedoch vorgesehen, dass auch die Erregerwicklung 2 statorfest beziehungsweise gehäusefest dem Rotor zugeordnet ist, um ein magnetisches Feld in den Rotor induktiv einzukoppeln, wozu die Erregerwicklung 2 mit einem Erregersignal mit vorgegebener Amplitude und Frequenz betrieben wird.
-
Die Welle 5 ist beispielsweise mit der Abtriebswelle einer elektrischen Maschine drehfest verbunden, sodass die Winkellage der Welle 5 der Winkellage der Abtriebswelle der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors entspricht. Auch ist es denkbar, dass die Abtriebswelle der elektrischen Maschine die Welle 5 direkt bildet.
-
Im Betrieb wird die Erregerwicklung 2 mit einem Soll-Erregersignal mit einer Wechselspannung erregt, die ein magnetisches Feld in der Welle 5 erzeugt, dass von den Empfängerwicklungen 3 und 4 erfasst wird. Die von den Empfängerwicklungen 3, 4 erfasste Phasenlage der durch die Erregerwicklung 2 induzierten Spannung hängt dann von der Stellung der Welle 5 ab. Bei einer Winkellage von 0° erfolgt die maximale Einkopplung des Magnetfelds in die Cosinusspur, beziehungsweise in die Empfängerwicklung 3. Bei einer Winkellage von 90° erfolgt die maximale Einkopplung des Magnetfeldes in die Sinusspur beziehungsweise in die Empfängerwicklung 4. Bei einer Winkellage von 45° wird das Magnetfeld anteilig in Empfängerwicklung 3 und Empfängerwicklung 4 eingekoppelt. Während einer Umdrehung des Rotors beziehungsweise der Welle liefert der Resolver 1 somit eine lagemodulierte Wechselspannung an den Empfängerwicklungen 3, 4.
-
Alternativ wird die Erregerwicklung mit einer sinusförmigen Wechselspannung erregt. In diesem Fall sind dann die Amplituden der in den Empfängerwicklungen 3 und 4 induzierten Spannungen abhängig von der Winkellage der Welle 5 und entsprechen dem Sinus und dem Cosinus der Winkellage der Welle 5.
-
Der Resolver 1 ist Bestandteil einer Resolvereinrichtung 6, die außerdem eine Vorrichtung 7 zum Betreiben des Resolvers aufweist. Die Vorrichtung 7 weist insbesondere einen Signalgeber 8 auf, der beispielsweise eine Spannungsquelle aufweist, und mit der Erregerwicklung 2 durch einen ersten Anschluss A1 und einen zweiten Anschluss A2 elektrisch verbunden ist. Werden die Anschlüsse A1 und A2 vertauscht, der Resolver 1 also verkehrt mit dem Signalgeber verschaltet, führt dies zu einer Invertierung der ermittelten Winkel-Informationen. Mit Bezug auf die 2 und 3 sollen nunmehr eine vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung 7 und ein Verfahren erläutert werden, die ein verkehrtes Verschalten des Resolvers 1 sicher erkennen.
-
2 zeigt hierzu die Resolvereinrichtung 6 in einer vereinfachten Darstellung mit der Signalquelle 8 und der Erregerwicklung 2. Dabei ist nur ein Anschluss A1 des Signalgebers 8 angedeutet und die Erregerwicklung 2 einseitig mit dem Anschluss A1 und anderseitig mit Masse M verbunden.
-
Die Resolvereinrichtung 6 weist weiterhin eine Einrichtung 9 auf, die die Signalquelle 8 ansteuert und die durch die Empfängerwicklungen 3, 4 erfassten induzierten Spannungen auswertet, um die Winkellage der Welle 5, wie zuvor beschrieben, zu bestimmen.
-
Der Erregerwicklung 2 sind Mittel 10 zum Begrenzen einer Spannung durch die Erregerwicklung 2 in eine Stromrichtung zugeordnet. Die Mittel 10 weisen parallel zu der Erregerwicklung 2 in Reihe geschaltet eine Zenerdiode 11 und eine Diode 12 auf, wobei die Zenerdiode 11 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Sperrspannung von 12 Volt aufweist. Weiterhin ist der Erregerwicklung 2 eine Auswerteeinrichtung 13 zugeordnet, die das Ist-Erregersignal der Erregerwicklung 2 erfasst und mit dem Soll-Erregersignal, das von der Einrichtung 9 vorgegeben wird, vergleicht. Die Einrichtung 9 und die Auswerteeinrichtung 13 können auch durch ein einziges Gerät, wie beispielsweise ein Steuergerät, gebildet werden.
-
Im Normalbetrieb steuert die Einrichtung 9 die Resolvereinrichtung 6 derart, dass ein Soll-Erregersignal vorgegeben und von der Erregerwicklung 2 umgesetzt wird. Die durch das Erregersignal bewirkte, in die Welle 5 induzierte Spannung wird in den Empfängerwicklungen 3, 4 wie zuvor beschrieben eingekoppelt, um die Winkellage der Welle 5 zu bestimmen. Die Mittel 10 sind dabei derart ausgebildet, dass sie im Normalbetrieb des Resolvers 1 die Spannung und den Strom durch die Erregerwicklung 2 nicht begrenzen und den (normalen) Betrieb des Resolvers nicht beeinflussen beziehungsweise beeinträchtigen.
-
Um in einem Testbetrieb die korrekte Verschaltung des Resolvers 6 zu ermitteln, verändert die Einrichtung 9 das Soll-Erregersignal derart, dass die Amplitude und die Frequenz des Erregersignals verdoppelt werden. Durch die gleichzeitige Verdopplung von Amplitude und Frequenz wird bewirkt, dass die Amplitude des Stroms in der Induktivität sich nicht verändert. Vorzugsweise wird das Erregersignal durch eine geeignete elektronische Schaltung, insbesondere mittels Pulsweitenmodulation durch einen Mikrocontroller beispielsweise der Einrichtung 9, erzeugt und vorzugsweise eine Filterung für eine Sinussignalbildung, durchgeführt. Durch die Verdopplung der Amplitude und der Frequenz wird die für die Erregerwicklung 2 vorgegebene Spannung über die maximale Normalspannung hinaus erhöht. Nun wirken die Mittel 10 spannungsbegrenzend auf die an der Erregerwicklung 2 vorgegebene Spannung.
-
3 zeigt hierzu in einem Diagramm über die Zeit t aufgetragen das Soll-Erregersignal SES und das Ist-Erregersignal IES. In den ersten 500 µs wird der Resolver mit dem normalen Soll-Erregersignal angesteuert. Das Ist-Erregersignal entspricht dem vorgegebenen Soll-Erregersignal. Nach 500 µs werden die Amplitude und die Frequenz des Soll-Erregersignals verdoppelt. In weiten Zeitbereichen folgt im Anschluss das Ist-Erregersignal dem Soll-Erregersignal. Jedoch in der Zeitphase, in der die Mittel 10 auf Grund der größeren Amplitude eine Begrenzung der Spannung bewirken, wird die positive Amplitude des Ist-Erregersignals verzerrt und weicht von der Amplitude des Soll-Erregersignals ab.
-
Bei einer verkehrten Verschaltung des Resolvers wird die negative Amplitude des Ist-Erregersignals verzerrt. Somit kann durch das Rücklesen des Erregersignals beziehungsweise durch Erfassen des Ist-Erregersignals ISE auf einfache Art und Weise auf die korrekte oder verkehrte Verschaltung des Resolvers geschlossen werden.
-
Im Betrieb wird die Erregerwicklung 2 beispielsweise mit 20 Vpp (Volt peak peak) betrieben, wodurch das Erregersignal SIN_HI zwischen 10 Volt und 20 Volt und das Erregersignal SIN_LO gegenphasig zwischen 20 Volt und 10 Volt schwingt. In dem Testbetrieb würde die Amplitude auf 40 Vpp erhöht und vorzugsweise auch die Frequenz verdoppelt werden, um Sättigungseffekte zu vermeiden. Im Folgenden schwingt dann das Erregersignal SIN_HI zwischen 5 Volt und 25 Volt und das Erregersignal SIN_LO gegenphasig zwischen 25 Volt und 5 Volt. Die Zenerdiode 11 in Reihe mit der konventionellen Diode 10 zwischen dem Anschluss HI und dem Anschluss LO der Erregerwicklung 2 wird dann phasenweise aktiv. Dieses Clipping wird dann durch das Rücklesen des Ist-Erregersignals wie zuvor beschrieben erkannt.
