DE102015200475A1 - Method and measuring signal processing unit for generating a multi-channel measuring signal for a rotational speed measurement and sensor unit - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals (23) für die Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Bei dem mehrkanaligen Messsignal (23) handelt es sich insbesondere um ein so genanntes AB-Signal, welches zwei um 90° phasenverschobene Signalanteile (24, 26) umfasst und ursprünglich mithilfe von zwei versetzten Magnetfeldsensoren gewonnen wurde, die einem magnetischen Mehrfachpol an dem sich drehenden Maschinenelement gegenüberstehen. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Messsignalverarbeitungseinheit zur Generierung des genannten mehrkanaligen Messsignals (23) sowie eine Sensoreinheit, die mit der erfindungsgemäßen Messsignalverarbeitungseinheit ausgestattet ist. Erfindungsgemäß wird zunächst ein Drehwinkelsignal (22) bereitgestellt, welches den Drehwinkel des Maschinenelementes repräsentiert. In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mehrkanalige Messsignal (23) aus dem bereitgestellten Drehwinkelsignal (22) bestimmt. Das mehrkanalige Messsignal (23) umfasst mindestens einen ersten Kanal (24) und einen zweiten Kanal (26). Der erste Kanal (24) und der zweite Kanal (26) enthalten jeweils ein periodisches Signal, welches synchron zum Drehwinkel des Maschinenelementes ist. Das periodische Signal des ersten Kanales (24) und das periodische Signal des zweiten Kanales (26) weisen eine Phasenverschiebung zueinander auf.The present invention initially relates to a method for generating a multi-channel measuring signal (23) for measuring the rotational speed of a rotating machine element. The multichannel measurement signal (23) is in particular a so-called AB signal which comprises two signal components (24, 26) which are phase-shifted by 90 ° and was originally obtained by means of two offset magnetic field sensors which are connected to a magnetic multipole at the rotating one Face machine element. In addition, the invention relates to a measurement signal processing unit for generating said multichannel measurement signal (23) and a sensor unit which is equipped with the measurement signal processing unit according to the invention. According to the invention, a rotation angle signal (22) is initially provided which represents the rotation angle of the machine element. In a further step of the method according to the invention, the multi-channel measuring signal (23) is determined from the rotational angle signal (22) provided. The multi-channel measuring signal (23) comprises at least a first channel (24) and a second channel (26). The first channel (24) and the second channel (26) each contain a periodic signal which is synchronous with the rotation angle of the machine element. The periodic signal of the first channel (24) and the periodic signal of the second channel (26) have a phase shift relative to each other.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals für die Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Bei dem mehrkanaligen Messsignal handelt es sich insbesondere um ein so genanntes AB-Signal, welches zwei um 90° phasenverschobene Signalanteile umfasst und ursprünglich mithilfe von zwei versetzten Magnetfeldsensoren gewonnen wurde, die einem magnetischen Mehrfachpol an dem sich drehenden Maschinenelement gegenüberstehen. Im Weiteren betrifft die Erfindung eine Messsignalverarbeitungseinheit zur Generierung des genannten mehrkanaligen Messsignals sowie eine Sensoreinheit, die mit der erfindungsgemäßen Messsignalverarbeitungseinheit ausgestattet ist.The present invention initially relates to a method for generating a multi-channel measuring signal for measuring the rotational speed of a rotating machine element. In particular, the multi-channel measurement signal is a so-called AB signal, which comprises two signal components which are phase-shifted by 90 ° and was originally obtained by means of two offset magnetic field sensors facing a magnetic multipole on the rotating machine element. In addition, the invention relates to a measurement signal processing unit for generating said multichannel measurement signal and to a sensor unit which is equipped with the measurement signal processing unit according to the invention.

2 veranschaulicht eine aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zur Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Gemäß dieser Lösung wird ein magnetischer Mehrfachpol, auch als Multipolenkoder bezeichnet, drehfest mit dem Maschinenelement verbunden. Gegenüber diesem magnetischen Mehrfachpol werden zwei Magnetfeldsensoren 01, 02 versetzt angeordnet, wobei der Versatz gleich 90° der von magnetischen Polen 03 bestimmten Periode des Mehrfachpoles betragen muss, was im oberen Teil der 2 veranschaulicht ist. Im mittleren Teil der 2 sind Verläufe 04, 06 der auf die beiden Magnetfeldsensoren 01, 02 wirkenden magnetischen Feldstärke dargestellt. Die beiden Verläufe 04, 06 sind um 90° phasenverschoben. Mit den beiden Magnetfeldsensoren 01, 02 werden zwei Signale 07, 08 gewonnen, die im unteren Teil der 2 dargestellt sind und ein AB-Signal 09 bilden. Aus dem AB-Signal 09 lässt sich aufwandsarm die Drehzahl des Maschinenelementes bestimmen. 2 illustrates a known from the prior art solution for measuring the rotational speed of a rotating machine element. According to this solution, a magnetic multipole, also referred to as multipole encoder, rotatably connected to the machine element. Opposite this magnetic multiple pole are two magnetic field sensors 01 . 02 offset, wherein the offset is equal to 90 ° of magnetic poles 03 certain period of multiple poles, what in the upper part of the 2 is illustrated. In the middle part of the 2 are courses 04 . 06 the one on the two magnetic field sensors 01 . 02 acting magnetic field strength shown. The two courses 04 . 06 are phase shifted by 90 °. With the two magnetic field sensors 01 . 02 become two signals 07 . 08 won in the lower part of the 2 are shown and an AB signal 09 form. From the AB signal 09 can be low-cost determine the speed of the machine element.

3 veranschaulicht eine weitere aus dem Stand der Technik bekannte Lösung zur Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Auch bei dieser Lösung wird ein magnetischer Mehrfachpol drehfest mit dem Maschinenelement verbunden. Gegenüber diesem magnetischen Mehrfachpol wird ein Magnetfeldsensor (nicht dargestellt) angeordnet, welcher die Messung eines Drehwinkels des Maschinenelementes ermöglicht. Im mittleren Teil der 3 ist ein Drehwinkelsignal 11 des den Drehwinkel messenden Magnetfeldsensors dargestellt. Mit diesem Magnetfeldsensor lässt sich der Drehwinkel zwischen 0° und 180° eindeutig messen. Aus dem Drehwinkelsignal 11 wird wiederum ein Rechtecksignal 12 gewonnen, welches im unteren Teil der 3 dargestellt. Das Rechtecksignal 12 ist mit dem ersten Signal 07 des AB-Signals 09 (gezeigt in 2) vergleichbar. 3 illustrates another known from the prior art solution for measuring the rotational speed of a rotating machine element. Also in this solution, a magnetic Mehrfachpol is rotatably connected to the machine element. Opposite this magnetic multipole a magnetic field sensor (not shown) is arranged, which allows the measurement of a rotation angle of the machine element. In the middle part of the 3 is a rotation angle signal 11 of the rotation angle measuring magnetic field sensor shown. With this magnetic field sensor, the rotation angle between 0 ° and 180 ° can be clearly measured. From the rotation angle signal 11 in turn becomes a square wave signal 12 won, which in the lower part of the 3 shown. The square wave signal 12 is with the first signal 07 of the AB signal 09 (shown in 2 ) comparable.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, den Aufwand zur Gewinnung eines AB-Signals für die Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes zu verringern.The object of the present invention, starting from the prior art is to reduce the effort for obtaining an AB signal for the measurement of the rotational speed of a rotating machine element.

Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1 sowie durch eine Messsignalverarbeitungseinheit gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 9. Im Weiteren wird die Aufgabe durch eine Sensoreinheit gemäß dem beigefügten nebengeordneten Anspruch 10 gelöst.The above object is achieved by a method according to the appended claim 1 and by a measuring signal processing unit according to the appended independent claim 9. In addition, the object is achieved by a sensor unit according to the appended independent claim 10.

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals für die Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Bei dem Maschinenelement kann es sich beispielsweise um eine Welle oder um eine Achse handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Maschinenelement um einen Ring eines rotativen Lagers; insbesondere um einen der beiden Ringe eines so genannten Drehzahllagers, welches beispielsweise als Tretlager ausgebildet ist.The inventive method is used to generate a multi-channel measurement signal for the measurement of the rotational speed of a rotating machine element. The machine element may, for example, be a shaft or an axis. Preferably, the machine element is a ring of a rotary bearing; in particular about one of the two rings of a so-called speed bearing, which is designed for example as a bottom bracket.

Erfindungsgemäß wird zunächst ein Drehwinkelsignal bereitgestellt, welches den Drehwinkel des Maschinenelementes repräsentiert. Das Drehwinkelsignal ändert sich bei Drehung des Maschinenelements funktional eindeutig und bevorzugt bijektiv. Es kann über eine Umdrehung des Maschinenelementes mehrfach wiederholt sein. Das Drehwinkelsignal kann unmittelbar als Ausgangssignal eines Sensors bereitgestellt werden, der eine Messung des Drehwinkels ermöglicht. Alternativ kann das Drehwinkelsignal dadurch bereitgestellt werden, dass das Drehwinkelsignal aus den Signalen versetzt zueinander angeordneter Sensoren bestimmt wird.According to the invention, a rotation angle signal is initially provided which represents the rotation angle of the machine element. The rotation angle signal changes functionally unambiguously upon rotation of the machine element and preferably bijectively. It can be repeated several times over a revolution of the machine element. The rotation angle signal can be provided directly as an output signal of a sensor, which allows a measurement of the rotation angle. Alternatively, the rotation angle signal may be provided by determining the rotation angle signal from the signals of mutually offset sensors.

In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein mehrkanaliges Messsignal aus dem bereitgestellten Drehwinkelsignal bestimmt. Das mehrkanalige Messsignal umfasst mindestens einen ersten Kanal und einen zweiten Kanal, d. h. mindestens zwei eigenständige Teilsignale. Der erste Kanal und der zweite Kanal enthalten jeweils ein periodisches Signal, welches synchron zum Drehwinkel des Maschinenelementes und somit auch synchron zum Drehwinkelsignal ist. Das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales weisen eine Phasenverschiebung zueinander auf. Es handelt sich somit um ein AB-Signal, welches im Gegensatz zum Stand der Technik aus einem Drehwinkelsignal bestimmt wurde. Aus dem AB-Signal lässt sich aufwandsarm die Drehzahl des Maschinenelementes bestimmen. Das AB-Signal erlaubt auch die Bestimmung der Drehrichtung und kann vervierfacht werden kann, indem eine Exklusiv-Oder-Operation auf das A-Signal und auf das B-Signal angewendet wird. Bei dem mehrkanaligen Messsignal handelt es sich bevorzugt um ein digitales Signal.In a further step of the method according to the invention, a multi-channel measurement signal is determined from the rotational angle signal provided. The multi-channel measuring signal comprises at least a first channel and a second channel, ie at least two independent sub-signals. The first channel and the second channel each contain a periodic signal which is synchronous to the rotation angle of the machine element and thus also synchronous to the rotation angle signal. The periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel have a phase shift relative to each other. It is thus an AB signal, which was determined in contrast to the prior art from a rotational angle signal. The speed of the machine element can be determined with little effort from the AB signal. The AB signal also allows the direction of rotation to be determined and can be quadrupled by applying an exclusive OR operation to the A signal and to the B signal. In which Multi-channel measurement signal is preferably a digital signal.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Generierung des AB-Signals nicht die Anordnung zweier Magnetfeldsensoren erfordert, die einen solchen Versatz zueinander aufweisen müssen, welcher gleich 90° der Periode der magnetischen Pole eines Multipolenkoders beträgt. Es kann beispielsweise ein einzelner Sensor zur Drehwinkelmessung genutzt werden oder es können zwei Magnetfeldsensoren mit einem anderen Versatz zueinander verwendet werden. Hierdurch können u. a. auch Standardkomponenten flexibler für eine Drehzahlmessung eingesetzt werden.A particular advantage of the method according to the invention is that the generation of the AB signal does not require the arrangement of two magnetic field sensors which must have such an offset to each other, which is equal to 90 ° of the period of the magnetic poles of a multipole encoder. For example, it is possible to use a single sensor for measuring the angle of rotation, or two magnetic field sensors with a different offset to one another can be used. This can u. a. Even standard components can be used more flexibly for speed measurement.

Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zum Bereitstellen des Drehwinkelsignals magnetfeldsensitive Sensoren genutzt, was eine Magnetisierung des Maschinenelementes voraussetzt. Daher wird für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals bevorzugt mindestens ein Magnetfeldsensor genutzt, welcher einem Magnetisierungsbereich an dem sich drehenden Maschinenelement gegenübersteht. Der sich drehende Magnetisierungsbereich stellt einen Enkoder dar, der durch den mindestens einen Magnetfeldsensor abgetastet bzw. gelesen wird.In preferred embodiments of the method according to the invention, magnetic field-sensitive sensors are used to provide the rotational angle signal, which requires magnetization of the machine element. Therefore, at least one magnetic field sensor, which faces a magnetization region on the rotating machine element, is preferably used for providing the rotational angle signal. The rotating magnetization region is an encoder which is scanned or read by the at least one magnetic field sensor.

Der Magnetisierungsbereich ist bevorzugt durch einen Permanentmagneten gebildet, der eine Mehrzahl an magnetischen Polen aufweist. Der Permanentmagnet weist bevorzugt mindestens vier der magnetischen Pole auf. Bei dem Permanentmagnet kann es sich bevorzugt auch um einen Multipol handeln. Der Permanentmagnet ist bevorzugt ringförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse des sich drehenden Maschinenelementes angeordnet. The magnetization region is preferably formed by a permanent magnet having a plurality of magnetic poles. The permanent magnet preferably has at least four of the magnetic poles. The permanent magnet may preferably also be a multipole. The permanent magnet is preferably annular and arranged coaxially to the axis of rotation of the rotating machine element.

Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals genau ein Magnetfeldsensor genutzt, welcher dem Magnetisierungsbereich an dem sich drehenden Maschinenelement gegenübersteht und das Drehwinkelsignal unmittelbar ausgibt. Bei diesen Ausführungsformen ist der Magnetfeldsensor bevorzugt durch eine AMR-Brückenschaltung mit vier einzelnen AMR-Widerständen gebildet.In particularly preferred embodiments of the method according to the invention exactly one magnetic field sensor is used for providing the rotational angle signal, which faces the magnetization region on the rotating machine element and outputs the rotational angle signal directly. In these embodiments, the magnetic field sensor is preferably formed by an AMR bridge circuit having four individual AMR resistors.

Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals zwei der Magnetfeldsensoren genutzt. Die beiden Magnetfeldsensoren sind räumlich zueinander beabstandet gegenüber dem Magnetisierungsbereich angeordnet. Bei diesen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst der Schritt des Bereitstellens des Drehwinkelsignals einen Teilschritt, bei welchem das Drehwinkelsignal aus den Signalen der beiden Magnetfeldsensoren bestimmt wird. Die beiden Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt bezogen auf die Umdrehung des Maschinenelementes einen Versatz auf, der bevorzugt nicht 90° der durch die magnetischen Pole gebildeten Periode beträgt. Es ist nämlich ein besonderer Vorteil des erfindungsmäßen Verfahrens, dass der Versatz zwischen den beiden Magnetfeldsensoren unabhängig von der durch die magnetischen Pole gebildeten Periode gewählt werden kann. Der Versatz muss aber bekannt sein, um aus den Signalen das Drehwinkelsignal bestimmen zu können. Bei diesen Ausführungsformen sind die beiden Magnetfeldsensoren bevorzugt jeweils durch einen Hall-Sensor gebildet, mit dem eine Richtungskomponente des Magnetfeldes messbar ist.In alternatively preferred embodiments of the method according to the invention, two of the magnetic field sensors are used for providing the rotational angle signal. The two magnetic field sensors are spatially spaced from each other with respect to the magnetization region. In these embodiments of the method according to the invention, the step of providing the rotation angle signal comprises a sub-step in which the rotation angle signal is determined from the signals of the two magnetic field sensors. The two magnetic field sensors preferably have an offset with respect to the revolution of the machine element, which is preferably not 90 ° of the period formed by the magnetic poles. It is namely a particular advantage of the method according to the invention that the offset between the two magnetic field sensors can be selected independently of the period formed by the magnetic poles. However, the offset must be known in order to be able to determine the rotational angle signal from the signals. In these embodiments, the two magnetic field sensors are preferably each formed by a Hall sensor with which a directional component of the magnetic field can be measured.

Bei den zu verwendenden Magnetfeldsensoren handelt es sich bevorzugt um AMR-Messbrücken oder um Hall-Sensoren. Grundsätzlich können die zu verwendenden Magnetfeldsensoren aber auch durch andere Sensoren gebildet sein, mit denen magnetische Eigenschaften detektierbar sind.The magnetic field sensors to be used are preferably AMR measuring bridges or Hall sensors. In principle, however, the magnetic field sensors to be used can also be formed by other sensors with which magnetic properties can be detected.

Die beiden Magnetfeldsensoren geben bevorzugt jeweils ein periodisches Signal aus. Wegen der versetzten Anordnung der beiden Magnetfeldsensoren weisen das periodische Signal des ersten Magnetfeldsensors und das periodische Signal des zweiten Magnetfeldsensors eine Phasenverschiebung auf. Diese Phasenverschiebung ist bevorzugt ungleich 90°.The two magnetic field sensors preferably output a periodic signal in each case. Because of the staggered arrangement of the two magnetic field sensors, the periodic signal of the first magnetic field sensor and the periodic signal of the second magnetic field sensor have a phase shift. This phase shift is preferably not equal to 90 °.

Das periodische Signal des ersten Magnetfeldsensors und das periodische Signal des zweiten Magnetfeldsensors sind bevorzugt jeweils sinusförmig. Folglich können diese Signale als Sinus-/Kosinussignal angesehen werden.The periodic signal of the first magnetic field sensor and the periodic signal of the second magnetic field sensor are preferably each sinusoidal. Consequently, these signals can be considered as a sine / cosine signal.

Das Drehwinkelsignal besitzt bevorzugt eine Periode, die einer halben Umdrehung des Maschinenelementes entspricht. Folglich repräsentiert das Drehwinkelsignal ein Drehwinkelintervall von 0° bis 180°. Alternativ bevorzugt besitzt das Drehwinkelsignal eine Periode, die einer ganzen Umdrehung des Maschinenelementes entspricht. In diesem Fall repräsentiert das Drehwinkelsignal ein Drehwinkelintervall von 0° bis 360°. Alternativ bevorzugt besitzt das Drehwinkelsignal eine Periode, die einem n-ten Bruchteil einer ganzen Umdrehung des Maschinenelementes entspricht, wobei n beispielsweise gleich 64 ist. In diesem Fall repräsentiert das Drehwinkelsignal ein Drehwinkelintervall des Maschinenelementes von 0° bis 360°/n.The rotation angle signal preferably has a period which corresponds to half a rotation of the machine element. Consequently, the rotation angle signal represents a rotation angle interval of 0 ° to 180 °. Alternatively, preferably, the rotation angle signal has a period corresponding to a complete revolution of the machine element. In this case, the rotation angle signal represents a rotation angle interval of 0 ° to 360 °. Alternatively, preferably, the rotation angle signal has a period corresponding to an n-th fraction of a whole rotation of the machine element, where n is equal to 64, for example. In this case, the rotation angle signal represents a rotation angle interval of the machine element from 0 ° to 360 ° / n.

Das Drehwinkelsignal ist bevorzugt linear zum Drehwinkel. Diese Linearität ist bevorzugt zwischen 0° und 360° oder zumindest in einem ganzen Bruchteil von 360° ausgebildet. Besonders bevorzugt ist das Drehwinkelsignal zwischen 0° und 180° linear zum Drehwinkel.The rotation angle signal is preferably linear to the rotation angle. This linearity is preferably formed between 0 ° and 360 ° or at least in a whole fraction of 360 °. Particularly preferably, the rotation angle signal between 0 ° and 180 ° is linear to the rotation angle.

Das Drehwinkelsignal ist bevorzugt durch ein Sägezahnsignal gebildet ist, wobei die Rampen des Sägezahnsignals bevorzugt jeweils einen Drehwinkel zwischen 0° und 180° bzw. einer Periode davon repräsentieren. Das Drehwinkelsignal kann aber auch durch andere eindeutig umkehrbare Signalformen gebildet sein. The rotation angle signal is preferably formed by a sawtooth signal, wherein the ramps of the sawtooth signal preferably each represent a rotation angle between 0 ° and 180 ° or a period thereof. However, the rotation angle signal can also be formed by other unambiguously reversible signal forms.

Das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt eine gleiche Periodendauer. Das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt eine gleiche maximale Amplitude. Folglich unterscheiden sich das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales nur in ihrer Phase. The periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel preferably have the same period. The periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel preferably have a same maximum amplitude. Consequently, the periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel differ only in their phase.

Das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales besitzen bevorzugt jeweils eine Periodendauer, die einer Umdrehung oder einem ganzen Bruchteil einer Umdrehung des Maschinenelementes entspricht. Bevorzugt besitzen das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales jeweils eine Periodendauer, die einer halben Umdrehung des Maschinenelementes entspricht.The periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel preferably each have a period corresponding to one revolution or a whole fraction of a revolution of the machine element. Preferably, the periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel each have a period that corresponds to half a revolution of the machine element.

Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das zu generierende mehrkanalige Messsignal vervielfacht. Hierfür besitzen das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales jeweils eine Periodendauer, die einem n-ten Bruchteil einer Umdrehung des Maschinenelementes entspricht, wobei n eine natürliche Zahl ist, die mindestens vier und bevorzugt größer als 10 ist.In further preferred embodiments of the method according to the invention, the multi-channel measurement signal to be generated is multiplied. For this purpose, the periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel each have a period corresponding to an n-th fraction of a revolution of the machine element, where n is a natural number which is at least four and preferably greater than 10.

Die Phasenverschiebung zwischen dem periodischen Signal des ersten Kanales und dem periodischen Signal des zweiten Kanales beträgt besonders bevorzugt gleich 90°, so wie es auch bei bekannten AB-Signalen der Fall ist. Grundsätzlich können aber auch andere Phasenverschiebungen realisiert werden.The phase shift between the periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel is particularly preferably equal to 90 °, as is the case with known AB signals. In principle, however, other phase shifts can be realized.

Das periodische Signal des ersten Kanales und das periodische Signal des zweiten Kanales sind bevorzugt jeweils durch ein Rechtecksignal gebildet. Aus den Rechtecksignalen lässt sich aufwandsarm die Drehzahl des Maschinenelementes bestimmen.The periodic signal of the first channel and the periodic signal of the second channel are preferably each formed by a square wave signal. The speed of the machine element can be determined with little effort from the square-wave signals.

Das Bestimmen des mehrkanaligen Messsignals erfolgt bevorzugt durch ein Anwenden einer Rechenvorschrift auf das Drehwinkelsignal. Die Rechenvorschrift ist insbesondere durch eine oder mehrere Formeln gebildet, die auf den jeweils aktuell gemessenen Drehwinkel angewendet werden und im Ergebnis die beiden aktuellen Werte des mehrkanaligen Messsignals liefern.The determination of the multi-channel measurement signal is preferably carried out by applying a calculation rule to the rotation angle signal. In particular, the calculation rule is formed by one or more formulas which are applied to the respectively currently measured rotation angle and, as a result, deliver the two current values of the multi-channel measurement signal.

Das Bestimmen des mehrkanaligen Messsignals erfolgt alternativ bevorzugt durch ein Auslesen einer Zuordnungstabelle für das Drehwinkelsignal. Die Zuordnungstabelle, welche auch als Look-Up-Table bezeichnet werden kann, umfasst Wertetripel mit jeweils einem Wert für den Drehwinkel und zwei Werten für das mehrkanalige Messsignal. Die Verwendung von Zuordnungstabellen erfordert wenig Rechenleistung.Alternatively, the determination of the multi-channel measurement signal is preferably carried out by reading out an assignment table for the rotation angle signal. The allocation table, which can also be referred to as a look-up table, comprises value triplets, each with one value for the rotation angle and two values for the multichannel measurement signal. The use of mapping tables requires little computing power.

Die erfindungsgemäße Messsignalverarbeitungseinheit dient zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals für die Messung der Drehzahl eines sich drehenden Maschinenelementes. Die Messsignalverarbeitungseinheit ist zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Die Messsignalverarbeitungseinheit ist bevorzugt zur Ausführung bevorzugter Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens konfiguriert. Im Übrigen weist die Messsignalverarbeitungseinheit bevorzugt auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.The measuring signal processing unit according to the invention serves to generate a multi-channel measuring signal for measuring the rotational speed of a rotating machine element. The measuring signal processing unit is configured to carry out the method according to the invention. The measuring signal processing unit is preferably configured to carry out preferred embodiments of the method according to the invention. Moreover, the measurement signal processing unit preferably also has such features that are described in connection with the method according to the invention.

Die erfindungsgemäße Messsignalverarbeitungseinheit umfasst bevorzugt einen Mikroprozessor oder einen ASIC, der für den Schritt des Bestimmens des mehrkanaligen Messsignals entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren konfiguriert ist. Der Mikroprozessor bzw. der ASIC kann auch für Teilschritte des Schrittes zum Bereitstellen des Drehwinkelsignals entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren konfiguriert sein.The measurement signal processing unit according to the invention preferably comprises a microprocessor or an ASIC which is configured for the step of determining the multi-channel measurement signal in accordance with the method according to the invention. The microprocessor or the ASIC can also be configured for sub-steps of the step for providing the rotational-angle signal in accordance with the method according to the invention.

Die erfindungsgemäße Sensoreinheit dient zur Messung der Drehzahl eines Maschinenelementes und umfasst zunächst mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher einem Magnetisierungsbereich des sich drehenden Maschinenelementes gegenübersteht. Weiterhin umfasst die Sensoreinheit die erfindungsgemäße Messsignalverarbeitungseinheit. Bevorzugt umfasst die Sensoreinheit bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messsignalverarbeitungseinheit. Im Übrigen weist die Sensoreinheit bevorzugt auch solche Merkmale auf, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind.The sensor unit according to the invention is used to measure the rotational speed of a machine element and initially comprises at least one magnetic field sensor, which faces a magnetization region of the rotating machine element. Furthermore, the sensor unit comprises the measurement signal processing unit according to the invention. The sensor unit preferably comprises preferred embodiments of the measurement signal processing unit according to the invention. Moreover, the sensor unit preferably also has such features which are described in connection with the method according to the invention.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further details, advantages and developments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the invention, with reference to the drawing. Show it:

1 einen magnetischen Mehrfachpol und erfindungsgemäß erzeugte Signale; 1 a magnetic multipole and signals generated according to the invention;

2 einen magnetischen Mehrfachpol und Signale, die gemäß einer Lösung aus dem Stand der Technik erzeugt wurden; und 2 a magnetic multipole and signals generated according to a solution of the prior art; and

3 einen magnetischen Mehrfachpol und Signale, die gemäß einer weiteren Lösung aus dem Stand der Technik erzeugt wurden. 3 a magnetic multipole and signals generated according to another solution of the prior art.

Im oberen Teil der 1 ist ein magnetischer Mehrfachpol veranschaulicht, der mehrere magnetische Pole 21 aufweist, die auf einem ringförmigen Magnetisierungsbereich eines sich drehenden Maschinenelementes (nicht dargestellt) angeordnet sind. Dieser Mehrfachpol wird erfindungsgemäß zur Messung der Drehzahl des Maschinenelementes genutzt.In the upper part of the 1 illustrates a multiple magnetic pole having multiple magnetic poles 21 which are arranged on an annular magnetization region of a rotating machine element (not shown). This multipole is used according to the invention for measuring the rotational speed of the machine element.

Im mittleren Teil der 1 ist ein erfindungsgemäß bereitgestelltes Drehwinkelsignal 22 eines Drehwinkelsensors (nicht dargestellt) gezeigt, welcher dem magnetischen Mehrfachpol gegenübersteht. Bei dem Drehwinkelsignal 22 handelt es sich beispielhaft um ein Sägezahnsignal, dessen Periodenlänge einem Drehwinkel von 180° entspricht.In the middle part of the 1 is a rotation angle signal provided according to the invention 22 a rotation angle sensor (not shown) facing the magnetic multipole. At the rotation angle signal 22 is an example of a sawtooth signal whose period corresponds to a rotation angle of 180 °.

Im unteren Teil der 1 ist ein erfindungsgemäß berechnetes mehrkanaliges Messsignal 23 dargestellt, welches auch als AB-Signal 23 bezeichnet werden kann. Das mehrkanalige Messsignal 23 wurde unmittelbar aus dem Drehwinkelsignal 22 berechnet. Es umfasst einen ersten Kanal 24 und einen zweiten Kanal 26. Die beiden Kanäle 24, 26 sind jeweils durch ein Rechtecksignal gebildet, welches synchron zum Drehwinkelsignal 22 ist. Die beiden Kanäle 24, 26 weisen eine Phasenverschiebung von 90° auf.In the lower part of the 1 is a multi-channel measurement signal calculated according to the invention 23 shown, which also as AB signal 23 can be designated. The multi-channel measuring signal 23 became directly out of the rotation angle signal 22 calculated. It includes a first channel 24 and a second channel 26 , The two channels 24 . 26 are each formed by a square wave signal which is synchronous to the rotation angle signal 22 is. The two channels 24 . 26 have a phase shift of 90 °.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101
erster Magnetfeldsensor first magnetic field sensor
0202
zweiter Magnetfeldsensor second magnetic field sensor
0303
magnetischer Pol magnetic pole
0404
Verlauf der magnetischen Feldstärke Course of the magnetic field strength
0505
0606
Verlauf der magnetischen Feldstärke Course of the magnetic field strength
0707
erstes Signal  first signal
0808
zweites Signal second signal
0909
AB-Signal AB-signal
1010
1111
Drehwinkelsignal Rotational angle signal
1212
Rechtecksignal square wave
1313
1414
1515
1616
1717
1818
1919
2020
2121
magnetischer Pol magnetic pole
2222
Drehwinkelsignal Rotational angle signal
2323
mehrkanaliges Messsignal (AB-Signal) multi-channel measuring signal (AB signal)
2424
erster Kanal first channel
2525
2626
zweiter Kanal second channel

Claims (10)

Verfahren zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals (23) für die Messung der Drehzahl eines Maschinenelementes, folgende Schritte umfassend: – Bereitstellen eines Drehwinkelsignals (22), welches den Drehwinkel des Maschinenelementes repräsentiert; und – Bestimmen eines mehrkanaligen Messsignals (23) aus dem bereitgestellten Drehwinkelsignal (22), wobei das mehrkanalige Messsignal (23) mindestens einen ersten Kanal (24) und einen zweiten Kanal (26) umfasst, wobei der erste Kanal (24) und der zweite Kanal (26) jeweils ein periodisches Signal enthalten, welches synchron zum Drehwinkel des Maschinenelementes ist, und wobei das periodische Signal des ersten Kanales (24) und das periodische Signal des zweiten Kanales (26) eine Phasenverschiebung zueinander aufweisen.Method for generating a multi-channel measuring signal ( 23 ) for measuring the rotational speed of a machine element, comprising the following steps: - providing a rotational angle signal ( 22 ), which represents the rotation angle of the machine element; and - determining a multi-channel measurement signal ( 23 ) from the provided rotational angle signal ( 22 ), wherein the multi-channel measuring signal ( 23 ) at least one first channel ( 24 ) and a second channel ( 26 ), the first channel ( 24 ) and the second channel ( 26 ) each contain a periodic signal which is synchronous with the rotation angle of the machine element, and wherein the periodic signal of the first channel ( 24 ) and the periodic signal of the second channel ( 26 ) have a phase shift to each other. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals (22) mindestens ein Magnetfeldsensor genutzt wird, welcher einem Magnetisierungsbereich an dem sich drehenden Maschinenelement gegenübersteht.A method according to claim 1, characterized in that for the provision of the rotational angle signal ( 22 ) at least one magnetic field sensor is used, which faces a magnetization region on the rotating machine element. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals (22) der einzige Magnetfeldsensor genutzt wird, welcher das Drehwinkelsignal (22) unmittelbar ausgibt.Method according to Claim 2, characterized in that, for the provision of the rotational angle signal ( 22 ) the only magnetic field sensor is used, which the rotation angle signal ( 22 ) immediately outputs. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bereitstellen des Drehwinkelsignals (22) zwei der Magnetfeldsensoren genutzt werden, wobei die beiden Magnetfeldsensoren räumlich beabstandet gegenüber dem Magnetisierungsbereich angeordnet sind, und wobei das Drehwinkelsignal (22) aus den Signalen der beiden Magnetfeldsensoren bestimmt wird. Method according to Claim 2, characterized in that, for the provision of the rotational angle signal ( 22 ) two of the magnetic field sensors are used, wherein the two magnetic field sensors are spatially spaced from the magnetization region, and wherein the rotational angle signal ( 22 ) is determined from the signals of the two magnetic field sensors. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Signal des ersten Kanales (24) und das periodische Signal des zweiten Kanales (26) jeweils eine Periodendauer aufweisen, die einer halben Umdrehung des Maschinenelementes entspricht.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the periodic signal of the first channel ( 24 ) and the periodic signal of the second channel ( 26 ) each have a period that corresponds to half a revolution of the machine element. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Signal des ersten Kanales (24) und das periodische Signal des zweiten Kanales (26) jeweils eine Periodendauer aufweisen, die einem n-ten Bruchteil einer Umdrehung des Maschinenelementes entspricht, wobei n ≥ 4 ist. Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the periodic signal of the first channel ( 24 ) and the periodic signal of the second channel ( 26 ) each have a period which is an n-th fraction of a Turn of the machine element corresponds, where n ≥ 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverschiebung zwischen dem periodischen Signal des ersten Kanales (24) und dem periodischen Signal des zweiten Kanales (26) gleich 90° beträgt.Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the phase shift between the periodic signal of the first channel ( 24 ) and the periodic signal of the second channel ( 26 ) is equal to 90 °. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das periodische Signal des ersten Kanales (24) und das periodische Signal des zweiten Kanales (26) jeweils durch ein Rechtecksignal gebildet sind.Method according to one of claims 1 to 7, characterized in that the periodic signal of the first channel ( 24 ) and the periodic signal of the second channel ( 26 ) are each formed by a square wave signal. Messsignalverarbeitungseinheit zur Generierung eines mehrkanaligen Messsignals (23) für die Messung der Drehzahl eines Maschinenelementes, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.Measurement signal processing unit for generating a multi-channel measurement signal ( 23 ) for measuring the rotational speed of a machine element, characterized in that it is configured to carry out the method according to one of claims 1 to 8. Sensoreinheit zur Messung der Drehzahl eines Maschinenelementes, umfassend: – mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher einem Magnetisierungsbereich des sich drehenden Maschinenelementes gegenübersteht; und – eine Messsignalverarbeitungseinheit nach Anspruch 9.Sensor unit for measuring the rotational speed of a machine element, comprising: - At least one magnetic field sensor which faces a magnetization region of the rotating machine element; and - A measurement signal processing unit according to claim 9.
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