DE102016219623A1 - Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines drehenden Bauteils mittels eines Resolvers - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers (100), wobei eine Anregung, insbesondere eine Anregung erzeugt mittels einer ersten Statorwicklung (102), mit einer Wechselspannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mit mehreren Anregungsfrequenzen gleichzeitig oder mit einer variablen Anregungsfrequenz erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers, wobei eine Anregung, insbesondere eine Anregung erzeugt mittels einer ersten Statorwicklung, mit einer Wechselspannung erfolgt.
  • Aus der DE 10 2013 205 905 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Ansteuerung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem die Position eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird, wobei das von der Sensorik abgenommene Positionssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei das während einer Sinusansteuerung des Elektromotors von der Sensorik abgegebene Positionssignal mittels mindestens eines, während einer Blockansteuerung des Elektromotors erfassten Positionssignals plausibilisiert wird.
  • Aus der DE 10 2013 208 986 A1 ist ein Magnetgeberring einer Rotorlagesensorik eines elektrisch kommutierten Motors bekannt, welcher drehfest mit einem Rotor des elektrisch kommutierten Motors verbunden ist und welcher eine vorgegebene Anzahl von Magnetpolen mit einer alternierenden Magnetisierungsrichtung aufweist, wobei jedes Magnetpolpaar mindestens eine Einbuchtung aufweist.
  • Aus der DE 10 2013 211 041 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird und von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Elektromotors ausgewertet wird, wobei nach einer Erkennung einer Änderung des Positionssignals eine Kommutierung einer Ansteuerung des Elektromotors ausgelöst wird, wobei nach der Erkennung der Änderung des Positionssignals eine Bestimmung der aktuellen Position des Rotors ausgeführt wird, wobei die Kommutierung des Elektromotors in Abhängigkeit von der detektierten aktuellen Position des Rotors ausgelöst wird.
  • Aus der DE 10 2013 213 948 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem ein Positionssignal eines Rotors des Elektromotors von einem, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensor abgenommen wird, welches von einer Auswerteeinheit hinsichtlich der Position des Elektromotors ausgewertet wird, wobei im Stillstand des Rotors dieser mit einer Spannung beaufschlagt wird und eine der Position des Rotors entsprechende Antwortreaktion einer Kommutierung des Elektromotors zugeordnet wird.
  • Aus der DE 10 2013 222 366 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung und/oder Ansteuerung einer Position eines Elektromotors, insbesondere in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeuges, bekannt, bei welchem die Position eines Rotors des Elektromotors von einer, außerhalb einer Drehachse des Elektromotors an einem Stator des Elektromotors angeordneten Sensorik abgenommen wird, wobei das von der Sensorik abgenommene Positionssignal von einer Auswerteeinheit ausgewertet wird, wobei das Positionssignal in Abhängigkeit von einer Übertragungsentfernung zwischen Sensorik und Auswerteeinheit bei kurzen Übertragungsentfernungen mittels eines SPI-Protokoll-Signals und/oder bei längeren Übertragungsentfernungen mittels eines PWM-Signals übertragen wird.
  • Aus der DE 10 2012 220 629 A1 ist eine Rotorträgervorrichtung für eine einen Rotor und einen Stator aufweisende elektrische Maschine bekannt, mit einem auf einer Rotorwelle drehfest befestigbaren Rotorträgerelement, insbesondere drehfest befestigten Rotorträgerelement, an dessen Außenumfang der Rotor anordenbar ist, wobei ein axial am Rotorträgerelement angeordneter Blechring radial über den Außenumfang des Rotorträgerelements hinausragt und zu seiner dem Rotorträgerelement abgewandten Seite hin einen Kragen zur Aufnahme eines Resolvers der elektrischen Maschine ausbildet.
  • Aus der DE 10 2012 205 024 A1 ist eine dynamoelektrische Maschine bekannt, aufweisend einen Stator, einem im Stator angeordneten und über einen Luftspalt von diesem beanstandeten Rotor, einem Resolver zur Bestimmung der Rotorlage und einem umformtechnisch hergestellten Resolverhalter zur Halterung eines Resolverstators des Resolvers, wobei der Resolver innerhalb des vom Rotor in axialer und radialer Richtung eingenommen Bauraums angeordnet ist.
  • In vielzähligen Anwendungsbereichen kommen Winkel- und Rotationssensoren zum Einsatz, welche analoge Sinus- und Cosinus-Ausgänge besitzen. Bei Resolvern werden die Ausgangssignale zusätzlich durch deren externe Anregung mit einer Trägerfrequenz moduliert. Zur Winkelbestimmung anhand der amplitudenmodulierten Resolver-Signale werden diese in der Regel demoduliert. Hierfür ist eine exakte Synchronisation mit dem Trägersignal für eine hohe Messgenauigkeit wichtig. Physikalisch bedingt wird diese Synchronisation jedoch durch drehzahlabhängige Signalverschiebungen des Resolvers erschwert. Die Winkelbestimmung mithilfe von Resolvern erfolgt in der Regel mit integrierten Bausteinen, wie beispielsweise dem AD2S1210 (Analog Devices: "AD2S1210, Variable Resolution, 10-Bit to 16-Bit R/D Converter with Reference Oscillator", 2010, Datenblatt) oder dem Tamagawa Smartcoder (Tamagawa Seiki: "Smartcoder AU6803, AU6804 – Users Manual", 2012). Eine weitere Möglichkeit ist die Auswertung mit einem Mikroprozessor, wie beispielsweise mit dem Infineon Aurix (Infineon Technologies: „Aurix TriCore Brochure", Order Number: B158-I0090-V2-7600-EU-EC-P, 2016).
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Verschlechterung der Messgenauigkeit durch unerwünschte Störungen im Betrieb reduziert wird. Eine durch unerwünschte Störungen verursachte verschlechterte Stromeinprägung in anzusteuernden elektrischen Maschinen soll reduziert werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers den Merkmalen des Anspruchs 1. Dadurch, dass die Anregung mit mehreren Anregungsfrequenzen gleichzeitig oder mit einer variablen Anregungsfrequenz erfolgt, ist eine Verschlechterung der Messgenauigkeit durch unerwünschte Störungen im Betrieb reduziert.
  • Ein Ausgangssignal des Resolvers kann demoduliert werden und eine Mittelung der demodulierten Signale erfolgen. Mehrere Ausgangssignale des Resolvers können demoduliert werden und eine Mittelung der demodulierten Signale erfolgen. Ein Ausgangssignal kann ein Sinus-Signal sein. Ein Ausgangssignal kann ein Cosinus-Signal sein. Ein Ausgangssignal kann eine Sinusspur sein. Ein Ausgangssignal kann eine Cosinusspur sein. Vorzugsweise weist der Resolver aus Ausgangsgrößen eine Sinusspur und eine Cosinusspur auf. Ein Ausgangssignal kann eine von der Anregung induzierte Wechselspannung sein.
  • Die Anregung kann eine Wechselspannung sein. Die Anregung kann eine Wechselspannung sein, bei der mehrere Wechselspannungen unterschiedlicher Frequenzen einander überlagert sind. Die Anregung kann mit genau zwei Anregungsfrequenzen gleichzeitig erfolgen. Die Anregung kann mit mehr als zwei Anregungsfrequenzen gleichzeitig erfolgen. Die Anregung kann eine Wechselspannung mit einer variablen Frequenz sein.
  • Eine variable Anregungsfrequenz kann einem variablen Schaltmuster einer Leistungsendstufe angepasst sein. Die Leistungsendstufe kann eine Leistungsendstufe einer elektrischen Maschine sein. Die elektrische Maschine kann ein elektrischer Antrieb in einem Fahrzeug sein.
  • Das um die Drehachse drehenden Bauteil, dessen Drehzahl und/oder Winkelposition durch den Sinus-Cosinus-Rotationssensor ermittelt wird, kann ein Rotor sein. Der Rotor kann ein Rotor einer dynamoelektrischen Maschine sein. Der Rotor kann ein Rotor eines Elektromotors sein. Der Rotor kann ein Rotor eines kommutierten Elektromotors sein. Der Rotor kann ein Rotor eines Elektromotors in einem Kupplungsbetätigungssystem eines Kraftfahrzeugs sein.
  • Das um die Drehachse drehenden Bauteil, dessen Drehzahl und/oder Winkelposition durch den Resolver ermittelt wird, kann Bestandteil einer elektrischen Maschine sein. Die elektrische Maschine kann eine Synchronmaschine sein. Die elektrische Maschine kann eine bürstenlose Gleichstrommaschine sein. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine Phase aufweisen. Die elektrische Maschine kann insbesondere drei Phasen aufweisen. Die elektrische Maschine kann wenigstens zwei Polpaare aufweisen. Die elektrische Maschine kann insbesondere vier bis vierzehn Polpaare, insbesondere fünf Polpaare oder elf Polpaare aufweisen. Die Drehstromwicklungen können zeitlich versetzt ansteuerbar sein, um ein bewegtes Antriebsfeld zu bilden, welches an einem permanenterregten Läufer ein Antriebsmoment bewirkt. Der Läufer kann sich in einem Betrieb zu einer Wechselspannung synchron bewegen. Die elektrische Maschine kann abhängig von einer Bewegungslage des Läufers, einer Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers und/oder einem Bewegungsmoment kommutierbar sein. Eine Frequenz und/oder eine Amplitude kann abhängig von einer Bewegungslage des Läufers, einer Bewegungsgeschwindigkeit des Läufers und/oder einem Bewegungsmoment veränderbar sein. Die elektrische Maschine kann als Motor und/oder als Generator betreibbar sein. Die elektrische Maschine kann zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug dienen. Die elektrische Maschine kann zum Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Reibungskupplungsvorrichtung dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Hybridtrennkupplung dienen. Die Hybridtrennkupplung kann zum Verbinden einer elektrischen Maschine mit bzw. zum Trennen einer elektrischen Maschine von einem Hybridantriebsstrang eines Kraftfahrzeugs dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen eines hydrostatischen Kupplungsaktuators dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen eines Geberzylinders eines hydrostatischen Kupplungsaktuators dienen. Die elektrische Maschine kann zum Betätigen einer Getriebevorrichtung dienen. Die elektrische Maschine kann eine Rotationsmaschine sein, bei der der Läufer als Rotor ausgeführt ist und bei einem Betrieb eine Drehbewegung ausführt. Der Rotor kann hohlwellenartig ausgeführt sein. Die elektrische Maschine kann eine Linearmaschine sein, bei der der Läufer bei einem Betrieb eine Linearbewegung ausführt. Die elektrische Maschine kann blockkommutiert sein. Die elektrische Maschine kann eine baulich integrierte elektrische Steuereinrichtung aufweisen. Die elektrische Maschine kann mithilfe einer baulich gesonderten elektrischen Steuereinrichtung kontrollierbar sein. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine elektrische Leistungsschnittstelle aufweisen. Die elektrische Maschine kann wenigstens eine elektrische Signalschnittstelle aufweisen. Die elektrische Maschine kann auch als Aktuator oder Aktor bezeichnet werden.
  • Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine störresistente Resolver-Anregung. In vielzähligen Anwendungsbereichen kommen Winkel- und Rotationssensoren zum Einsatz, welche analoge Sinus- und Cosinus-Ausgänge besitzen. Bei Resolvern werden die Ausgänge zusätzlich mit einer Trägerfrequenz moduliert. Bei dem Einsatz in elektrischen Antriebssystemen werden die Effizienz, die Stellgenauigkeit und die Dynamik durch Störeinflüsse des Rotationssensors reduziert. Die Winkelbestimmung mithilfe von Resolvern erfolgt in der Regel mit integrierten Bausteinen. Häufig treten Störungen im Frequenzbereich der Resolver-Anregung auf. Diese können beispielsweise durch das Schalten der Halbleiter-Endstufen in elektrischen Antrieben verursacht werden. Hierdurch verschlechtern sich Effizienz, Stellgenauigkeit und Dynamik des Antriebs. Erfindungsgemäß erfolgt zur besseren Störunterdrückung die Anregung eines Resolvers mit mehreren Frequenzen gleichzeitig beziehungsweise mit im Betrieb variabler Anregungsfrequenz. Die Erfindung kann bei allen Winkel-Drehzahl- und Beschleunigungsmessungen mit Resolvern eingesetzt werden. Ein Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens mit verbesserter Anregung ist im Bereich der elektrischen Antriebe möglich. Hierdurch ergeben sich Vorteile bei der Robustheit gegenüber Störungen und damit auch bei der Messgenauigkeit. Dies ergibt eine Verbesserung des Wirkungsgrads und der Regelgüte.
  • Mit der Erfindung wird ein Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers zur Verfügung gestellt, bei dem eine Verschlechterung der Messgenauigkeit durch unerwünschte Störungen im Betrieb reduziert ist. Eine durch unerwünschte Störungen verursachte verschlechterte Stromeinprägung in anzusteuernden elektrischen Maschinen ist reduziert.
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben. Aus dieser Beschreibung ergeben sich weitere Merkmale und Vorteile. Konkrete Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können allgemeine Merkmale der Erfindung darstellen. Mit anderen Merkmalen verbundene Merkmale dieses Ausführungsbeispiels können auch einzelne Merkmale der Erfindung darstellen.
  • Es zeigen schematisch und beispielhaft:
  • 1 eine schematische Darstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Resolvers.
  • 1 zeigt einen aus dem Stand der Technik bekannten Sinus-Cosinus-Rotationssensor, auch Quadratur-Sensor genannt, der vorliegend als ein Resolver 100 ausgeführt ist. Ein solcher Resolver 100 ist beispielsweise aus dem Datenblatt „AD2S1210, Variable Resolution, 10-Bit to 16-Bit R/D Converter with Reference Oscillator“ aus dem Jahr 2010 bekannt.
  • Eine erste Statorwicklung 102 wird mit einer sinusförmigen ersten Wechselspannung 104 beaufschlagt. Die erste Wechselspannung 104 wird auch als Anregung bezeichnet. Die erste Wechselspannung 104 errechnet sich in Abhängigkeit der Zeit t zu E0·sin(ωt) mit E0: Anregungsamplitude, ω: Anregungsfrequenz.
  • Ein Rotor 106 weist gegenüber einer Referenzwinkellage 108 einen Drehwinkel 110 (Drehwinkel α) auf.
  • Eine zweite Statorwicklung 112 liegt auf einer der ersten Statorwicklung 102 gegenüberliegenden Seite des Rotors 106. Eine dritte Statorwicklung 114 ist gegenüber der zweiten Statorwicklung 112 um 90 Grad gedreht angeordnet.
  • Die erste Wechselspannung 104 erregt in der zweiten Statorwicklung 112 eine zweite Wechselspannung 116 als ein erstes Ausgangssignal. Die zweite Wechselspannung 116 errechnet sich in Abhängigkeit der Zeit t und des Drehwinkels 110 (Drehwinkel α) zu: E0·T·sin(ωt)·cos(α)
  • mit E0: Anregungsamplitude, ω: Anregungsfrequenz, T: Transformationsverhältnis.
  • Die zweite Wechselspannung 116 wird vom Cosinus des Drehwinkels 110 (Drehwinkel α) moduliert.
  • Die erste Wechselspannung 104 erregt in der dritten Statorwicklung 114 eine dritte Wechselspannung 118 als ein zweites Ausgangssignal. Die dritte Wechselspannung 118 errechnet sich in Abhängigkeit der Zeit t und des Drehwinkels 110 (Drehwinkel α) zu: E0·T sin(ωt)·sin(α) mit E0: Anregungsamplitude, ω: Anregungsfrequenz, T: Transformationsverhältnis.
  • Die dritte Wechselspannung 118 wird vom Sinus des Drehwinkels 110 (Drehwinkel α) moduliert.
  • Die Amplituden der zweiten Wechselspannung 116 und der dritten Wechselspannung 118 sind somit abhängig von dem Drehwinkel 110 (Drehwinkel α) des Rotors 106. Ein zwischen dem Resolver 100 und einem System-Mikroprozessor angeordneter Resolver-Digital-Wandler (Analog-Digital-Wandler) nutzt die Sinus- und Cosinussignale der zweiten und dritten Wechselspannungen 116, 118 zum Dekodieren der Winkelposition und Drehzahl des Rotors 106.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei einem Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder der Winkelposition des Rotors 106 die Anregung mit mehreren Anregungsfrequenzen gleichzeitig oder mit einer variablen Anregungsfrequenz erfolgt. Die Anregung erfolgt wie zuvor beschrieben mittels der ersten Statorwicklung 102, die entsprechende Wechselspannungen in der zweiten Statorwicklung 112 und in der dritten Statorwicklung 114 induziert.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Resolver
    102
    erste Statorwicklung
    104
    Anregung, erste Wechselspannung
    106
    Rotor
    108
    Referenzwinkellage
    110
    Drehwinkel
    112
    zweite Statorwicklung
    114
    dritte Statorwicklung
    116
    Ausgangssignal, zweite Wechselspannung
    118
    Ausgangssignal, dritte Wechselspannung
  • 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 102013205905 A1 [0002]
    • DE 102013208986 A1 [0003]
    • DE 102013211041 A1 [0004]
    • DE 102013213948 A1 [0005]
    • DE 102013222366 A1 [0006]
    • DE 102012220629 A1 [0007]
    • DE 102012205024 A1 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Analog Devices: “AD2S1210, Variable Resolution, 10-Bit to 16-Bit R/D Converter with Reference Oscillator”, 2010, Datenblatt [0009]
    • Tamagawa Seiki: “Smartcoder AU6803, AU6804 – Users Manual”, 2012 [0009]
    • Infineon Technologies: „Aurix TriCore Brochure“, Order Number: B158-I0090-V2-7600-EU-EC-P, 2016 [0009]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines um eine Drehachse drehenden Bauteils mittels eines Resolvers (100), wobei eine Anregung, insbesondere eine Anregung erzeugt mittels einer ersten Statorwicklung (102), mit einer Wechselspannung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mit mehreren Anregungsfrequenzen gleichzeitig oder mit einer variablen Anregungsfrequenz erfolgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Ausgangssignal des Resolvers (100) demoduliert wird, und eine Mittelung der demodulierten Signale erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass genau zwei Ausgangssignale des Resolvers (100) demoduliert werden, und eine Mittelung der demodulierten Signale erfolgt.
  4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Anregungsfrequenz sich einem variablen Schaltmuster einer Leistungsendstufe anpasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leistungsendstufe eine Leistungsendstufe einer elektrischen Maschine ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Maschine ein elektrischer Antrieb in einem Fahrzeug ist.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mit genau zwei Anregungsfrequenzen gleichzeitig erfolgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Anregung mit mehr als zwei Anregungsfrequenzen gleichzeitig erfolgt.
DE102016219623.5A 2016-10-10 2016-10-10 Verfahren zur Störunterdrückung bei der Ermittlung einer Beschleunigung, Drehzahl und/oder einer Winkelposition eines drehenden Bauteils mittels eines Resolvers Withdrawn DE102016219623A1 (de)

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