-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit einer Vorrichtung zur Übertragung digitaler Daten zwischen ihrem Rotor und ihrem Stator und ein Verfahren hierfür.
-
Bei elektrischen Maschinen stellt sich das Problem, dass ein Informationsaustausch zwischen Rotor und Stator nützlich wäre, um den Betrieb der elektrischen Maschine zu optimieren. Zu diesem Zweck sollten beispielsweise Daten über die Temperatur der Rotorwicklung oder auch über Strom-, Spannungs- und Phasenverhältnisse im Rotor nach außen übertragen werden, um die mögliche Leistungsfähigkeit der Rotorspulen möglichst gut auszunutzen.
-
Der hierzu nächstgelegene Stand der Technik ergibt sich aus der
DE 10 2019 205 992 A1 . Dieses Dokument zeigt bereits einen Rotor für eine fremderregte elektrische Maschine, der zur induktiven Kopplung mit einem Stator ausgestaltet ist, und zusätzlich mittels der induktiven Kopplung eine Information zum Stator senden und von diesem empfangen kann.
-
Aus der
WO 2017/129458 A2 ist bereits ein Verfahren zur drahtlosen Datenübertragung zwischen einem Rotor und einem Stator bekannt. Dort soll die Übertragung mittels elektromagnetischer Wellen nach dem Prinzip der RFID ausgeführt werden, indem ein Schwingkreis in Abhängigkeit von den zu übertragenden Daten im Betrieb wiederkehrend verstimmt wird.
-
-
Die bisher bekannte induktive oder auf elektromagnetischen Wellen basierende Übertragung der Messdaten aus dem Rotor weist jedoch das Problem auf, dass in einer elektrischen Maschine sowieso schon sehr starke magnetische und elektromagnetische Felder existieren, sodass mit sehr starken Störeinflüssen zu rechnen ist. Des Weiteren sind die bestehenden Übertragungsverfahren aufwendig und teuer.
-
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Übertragungsvorrichtung und ein Übertragungsverfahren zur Verfügung zu stellen, welches erheblich störungsärmer und gleichzeitig kostengünstiger ist, als die bekannten Verfahren.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Datenübertragung zwischen Stator und Rotor und umgekehrt optisch gelöst wird. Dieser Lösung stand das Vorurteil entgegen, dass die optische Strecke bei den meisten denkbaren Konfigurationen nicht dauerhaft besteht und Rotor und Stator Informationen über die Rotorposition benötigen, um die Datenübertragung zum konkreten Rendezvouszeitpunkt durchführen zu können.
-
Erfindungsgemäß wird also auf dem Rotor oder dem Stator mindestens eine Lichtquelle als Sender und auf dem Stator oder dem Rotor mindestens ein photoelektrischer Empfänger dergestalt angeordnet, dass zumindest während eines Teils eines jeden Umlaufs des Rotors eine Sichtverbindung (optische Verbindung) zwischen der oder den Lichtquelle(n) und dem oder den photoelektrischen Empfänger(n) besteht.
-
Um eine möglichst stabile Datenübertragung zu erzielen, ist es besonders bevorzugt, die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder den oder die am Rotor angebrachten photoelektrischen Empfänger an einer Stirnfläche des Rotors und den oder die am Stator angebrachten photoelektrischen Empfänger und/oder die am Stator angebrachte(n) Lichtquelle(n) gegenüber der Stirnfläche des Rotors anzuordnen. Dort ist die Relativgeschwindigkeit zwischen Rotor und Stator geringer, sodass mit gleichen Bauelementen eine längere Datenübertragungszeit erzielt werden kann.
-
In diesem Sinne ist es besonders bevorzugt, wenn die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder der oder die am Rotor angebrachte(n) photoelektrische(n) Empfänger in der Nähe der Rotationsachse des Rotors angeordnet sind. Dort ist nämlich die Relativgeschwindigkeit noch geringer.
-
Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, wenn sich die Rotationsachse des Rotors zwischen der am Rotor angebrachten Lichtquelle und dem am Rotor angebrachten photoelektrischen Empfänger befindet. Dann ist sogar eine Ausgestaltung möglich, bei der die Lichtquelle(n) einen solchen Abstrahlwinkel aufweisen, dass der jeweils gegenüber angeordnete photoelektrische Empfänger während der ganzen Umdrehung des Rotors innerhalb eines von der jeweiligen Lichtquelle erfassten Bereichs verbleibt. Dann ist sogar auf optischem Wege eine dauerhafte Datenverbindung möglich, wodurch viele Synchronisationsprobleme vermieden werden und eine sehr schnelle Datenübertragung ermöglicht wird.
-
Häufig werden jedoch die Stirnflächen des Rotors in der Nähe der Rotationsachse für diesen Zweck nicht zur Verfügung stehen, beispielsweise, wenn ein beidseitiger Abtrieb vom Rotor benötigt wird. Dann ist es bevorzugt, wenn die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder der oder die am Rotor angebrachte(n) photoelektrische(n) Empfänger jeweils in einem bestimmten radialen Abstand von der Rotationsachse des Rotors angeordnet sind, und der oder die am Stator angebrachte(n) photoelektrische(n) Empfänger und/oder Lichtquelle(n) dergestalt am Stator angeordnet sind, dass die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder der oder die photoelektrische(n) Empfänger bei jeder Umdrehung des Rotors an ihnen vorbeilaufen.
-
Die wenigsten Beschränkungen bei der Ausgestaltung des Rotors und des Abtriebs ergeben sich, wenn die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder der oder die am Rotor angebrachte(n) photoelektrische(n) Empfänger an einer Mantelfläche des Rotors angeordnet sind, und der oder die am Stator angebrachte(n) photoelektrische(n) Empfänger und/oder Lichtquelle(n) so angeordnet sind, dass die am Rotor angebrachte(n) Lichtquelle(n) und/oder der oder die photoelektrische(n) Empfänger bei jeder Umdrehung des Rotors an ihnen vorbeilaufen.
-
Wegen der hohen Erschütterungsbeständigkeit und des geringen Energieverbrauchs ist es bevorzugt, als Lichtquelle LEDs oder Laserdioden zu verwenden.
-
Als photoelektrische Empfänger empfehlen sich besonders Photodioden oder Phototransistoren.
-
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Übertragung digitaler Daten zwischen einem Rotor und einem Stator einer elektrischen Maschine gelöst, bei dem die Übertragung auf optischem Wege, vorzugsweise mittels sichtbarem Licht oder Infrarot-Strahlung, erfolgt.
-
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand der in den anliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigt:
- 1 eine Anordnung der optischen Sender und Empfänger, bei denen eine dauerhafte Datenübertragung unabhängig von der Drehstellung des Rotors möglich ist;
- 2 die Anordnung der 1 in räumlicher Darstellung;
- 3 eine alternative Anordnung von Sendern und Empfängern an der Mantelfläche des Rotors;
- 4 eine weitere Anordnung der Sender und Empfänger an der Mantelfläche des Rotors, die eine erhöhte Datenübertragung ermöglicht;
- 5 noch eine weitere Anordnung von Sendern und Empfängern an der Mantelfläche des Rotors zur Erhöhung der Datenübertragungsrate;
- 6 eine dreidimensionale Darstellung der 5;
- 7 eine weitere stirnseitige Anordnung von Sendern und Empfängern am Rotor;
- 8 die Anordnung der 7 in dreidimensionaler Darstellung;
- 9 eine weitere Anordnung von Sendern und Empfängern an der Stirnseite des Rotors in dreidimensionaler Darstellung;
- 10 die einfachste mögliche Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Anordnung der Übertragungselemente an der Mantelfläche für niedrige Datenübertragungsraten;
- 11 die einfachste mögliche Ausführungsform der Erfindung mit stirnseitiger Anordnung der Übertragungselemente für niedrige Datenraten;
- 12 ein für die einfachsten möglichen Ausführungsformen geeignetes Kodierungsverfahren für die Datenübertragung bei einer niedrigen Rotordrehzahl;
- 13 das Kodierungsverfahren der 12 bei einer mittleren Rotordrehzahl; und
- 14 das Kodierungsverfahren der 12 bei einer hohen Rotordrehzahl.
-
Die vorliegende Erfindung kann grundsätzlich der Übertragung von Daten zwischen dem Rotor und dem Stator oder umgekehrt (Einwegübertragung) oder sowohl zwischen Rotor und Stator als auch zwischen Stator und Rotor (Zweiwegeübertragung) dienen.
-
Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen für die Einweg- und Zweiwegedatenübertragung gezeigt:
-
1 und 2 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, die eine permanente Datenverbindung zwischen Rotor und Stator und umgekehrt ermöglicht.
-
Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine 10 umfasst einen Stator (Ständer) 20 und einen Rotor (Läufer) 30.
-
Hier dargestellt ist eine Lösung, die eine dauerhafte Datenübertragung zwischen Stator 20 und Rotor 30 in beiden Richtungen zulässt. Zu diesem Zweck sind ein rotorseitiger Sender 32 und ein rotorseitiger Empfänger 34 jeweils so nahe an einer Rotationsachse 36 des Rotors 30 angeordnet, dass der durch die Hilfslinien 100 angezeichnete Abstrahlungsbereich des Senders 32 eine Fläche auf dem Stator 20 beleuchtet, die unabhängig vom Drehwinkel des Rotors 30 immer den statorseitigen Empfänger 24 umfasst. Ebenso ist ein statorseitiger Sender 22 so angeordnet, dass sein mit den Hilfslinien 100 gekennzeichneter Abstrahlungswinkel einen gesamten Bereich umfasst, in dem sich der rotorseitige Empfänger 34 während eines gesamten Umlaufs des Rotors 30 aufhalten kann. Das Licht wird hierbei also im Wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rotors 30 abgestrahlt.
-
Zur Sicherstellung einer solchen dauerhaften Datenverbindung ist es bei bidirektionaler Datenübertragung bevorzugt, den rotorseitigen Sender 32 und den rotorseitigen Empfänger 34 ganz nahe an der Rotationsachse 36 des Rotors 30 auf der Stirnfläche des Rotors 30 und den statorseitigen Sender 22 und den statorseitigen Empfänger 24 am Stator genau gegenüber des rotorseitigen Empfängers 34 und des rotorseitigen Senders 32 anzuordnen. Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn die Anordnung des rotorseitigen Senders 32 und des rotorseitigen Empfängers 34 dergestalt ist, dass sich die Rotationsachse 36 des Rotors 30 genau zwischen ihnen befindet. Diese bevorzugte Ausführungsform ist in den 1 und 2 dargestellt.
-
Für den Fall, dass nur eine Einwegdatenübertragung erforderlich ist, ist es besonders bevorzugt, den rotorseitigen Sender 32 bzw. den rotorseitigen Empfänger 34 direkt auf der Rotationsachse 36 anzuordnen, und den gegenüberliegend anzuordnenden Empfänger 24 bzw. Sender 22 am Stator genau gegenüber an dem Punkt anzuordnen, an dem die Rotationsachse 36 des Rotors 30 auf den Stator 20 trifft. Dann existiert nämlich für die Einwegübertragung gar keine Relativbewegung zwischen Sender und Empfänger mehr.
-
Auf diese Weise lassen sich sehr hohe Datenraten sowohl im Einweg- als auch im Zweiwegebetrieb erreichen, da der relativ breite Abstrahlwinkel des Senders so angeordnet werden kann, dass sich der jeweilige Empfänger unabhängig von der Drehstellung des Rotors immer innerhalb des im Abstrahlwinkel beleuchteten Bereichs befindet.
-
Bei der oben beschriebenen Lösung konkurriert die Anordnung von Sender und Empfänger mit anderen Anforderungen an die elektrische Maschine 10, beispielsweise Kühlung, Lagerung, beidseitiger Abtrieb, um den Platz in und an der Welle, insbesondere in der Nähe der Rotationsachse.
-
Insbesondere für den Fall, dass eine elektrische Maschine 10' mit beidseitigem Abtrieb mit der erfindungsgemäßen Datenübertragung ausgerüstet werden soll, müssen Alternativen zu der in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform gesucht werden. Im Folgenden werden solche Ausführungsformen gezeigt, die zwar keine dauerhafte Datenübertragung zwischen Rotor und Stator ermöglichen, sondern jeweils eine Datenübertragung nur in kurzen Zeiträumen während des gesamten Umlaufs des Rotors gestatten, dafür aber keinen Platz an der Stirnseite des Rotors in der Nähe der Rotationsachse beanspruchen:
- Eine solche Lösung ist grundsätzlich in 3 gezeigt. Hier können der rotorseitige Sender 32 und der rotorseitige Empfänger 34 irgendwo auf der Mantelfläche des Rotors 30' angeordnet werden. Der statorseitige Sender 22 und der statorseitige Empfänger 24 werden dementsprechend am Stator 20' gegenüber dem Rotor 30' angeordnet, dass der rotorseitige Sender 32 bei jedem Umlauf des Rotors 30' einmal an dem statorseitigen Empfänger 24 vorbeibewegt wird, und dass der rotorseitige Empfänger 34 bei jedem Umlauf einmal an dem statorseitigen Sender 22 vorbeibewegt wird.
-
Der Nachteil dieser Ausführungsform besteht natürlich darin, dass nun eine Datenübertragung nur jeweils während eines sehr kurzen Zeitraums bzw. während eines sehr kurzen Bruchteils eines Umlaufs des Rotors möglich ist. Sofern aber die Übertragung von sich nur langsam ändernden Daten, wie der Temperatur des Rotors, nötig ist, kann auch diese Lösung vollständig ausreichend sein. Dabei können entsprechend geeignete Leitungscodes wie beispielsweise ein Übertragungsverfahren mit kurzen und längeren Signalen für 0 und 1 ähnlich dem Morsecode verwendet werden, wie dies noch weiter unten beschrieben wird.
-
Bei dieser und den weiter unten beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können die Daten nur innerhalb eines sehr kurzen Zeitraums, nämlich eines sehr kurzen Bruchteils eines Umlaufs des Rotors übertragen werden, während sich Sender und Empfänger während jedes Umlaufs gegenüberstehen. Dadurch können nur eines oder eine geringe Anzahl von Datenbits während jedes Umlaufs des Rotors übertragen werden. Bei dieser und einiger der folgenden Ausführungsformen wird das Licht radial, also rechtwinklig zu der Rotationsachse des Rotors abgestrahlt, wobei sich rotorseitiger Empfänger bzw. rotorseitiger Sender vorzugsweise auf einer Mantelfläche des Rotors befinden. Sender bzw. Empfänger auf der Statorseite müssen dann entsprechend angeordnet werden, damit die rotorseitigen Übertragungselemente an den statorseitigen während der Umdrehung des Rotors vorbeilaufen.
-
Eine Verbesserung der Datenrate lässt sich beispielsweise erzielen, wenn mehrere Sender und Empfänger am Stator oder am Rotor so hintereinander angeordnet werden, dass die rotorseitigen Übertragungselemente jeweils an den statorseitigen Übertragungselementen vorbeilaufen, sodass beispielsweise mehrere Empfänger 34 auf einer Umfangslinie des Rotors 30' nacheinander angeordnet sind.
-
4 zeigt eine andere diesbezügliche Ausführungsform, bei der jeweils gegengleiche Paare von Sendern und Empfängern, im vorliegenden Fall zwei solche Paare jeweils am Rotor 30" und am Stator 20" angeordnet sind. Gemäß 4 lässt sich die Datenübertragungsrate gegenüber der Ausführungsform gemäß 3 vervierfachen.
-
Entsprechend kann man gemäß 5 durch das Anordnen von drei solchen Paaren die Übertragungsgeschwindigkeit bzw. Übertragungsleistung gegenüber der Ausführungsform der 3 verneunfachen.
-
6 zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Ausführungsform gemäß 5.
-
Hierbei ist es auch möglich, mehr als drei solche Paare vorzusehen, oder auch pro Paar mehrere Empfänger und/oder Sender, soweit die Datenübertragungsrate noch weiter gesteigert werden soll.
-
Erfindungsgemäß lässt sich schließlich noch eine weitere Ausführungsform verwirklichen, bei der ebenfalls nur während eines kurzen Bruchteils eines Umlaufs eines Rotors 30'''' eine Datenübertragung besteht. Diese Ausführungsform einer elektrischen Maschine 10'''' ist in 7 und 8 dargestellt. Diese Ausführungsform eignet sich, wenn beispielsweise weiterhin die Stirnseite des Rotors für die Datenübertragung genutzt werden kann, in der Nähe der Rotationsachse 36 des Rotors 30'''' jedoch kein Platz verfügbar ist. Die Lichtabstrahlung erfolgt dabei wieder parallel zur Verlaufsrichtung der Rotationsachse 36 des Rotors 30''''. Zu diesem Zweck sind der rotorseitige Sender 32 und der rotorseitige Empfänger 34 jeweils mit einem bestimmten Abstand von der Rotationsachse 36 des Rotors 30'''' angeordnet. Der Abstand des rotorseitigen Senders 32 von der Rotationsachse 36 kann dabei dem Abstand des rotorseitigen Empfängers 34 von der Rotationsachse 36 entsprechen, wie in 7 und 8 dargestellt, die Abstände können aber auch unterschiedlich gewählt werden. Entscheidend ist jedenfalls, dass der statorseitige Sender 22 so angeordnet sein muss, dass der rotorseitige Empfänger 34 während eines Umlaufs des Rotors 30'''' durch den wieder mit den Linien 100 bezeichneten Abstrahlungskegel des statorseitigen Senders 22 läuft, und dass der rotorseitige Sender 32 so bewegt wird, dass bei jedem Umlauf des Rotors sein ebenfalls mit den Linien 100 bezeichneter Lichtkegel auf den statorseitigen Empfänger 24 fällt.
-
Auch bei dieser erfindungsgemäßen Lösung können mehrere Sender und mehrere Empfänger jeweils auf dem Stator und/oder dem Rotor angeordnet sein. Sie können dabei in Paaren, wie in 9 dargestellt, angeordnet sein, oder auch mehrere Sender und mehrere Empfänger hintereinander. 9 zeigt eine entsprechende räumliche Darstellung mit jeweils drei Paaren Sender und Empfänger auf Stator- und auf Rotorseite. Dabei sind in einer elektrischen Maschine 10a am Rotor 30a jeweils ein Sender 32 und ein Empfänger 34 in dieser Reihenfolge hintereinander als Paar zusammen mit einem identischen radialen Abstand von der Rotationsachse des Rotors 30a entfernt und die Paare in Umfangsrichtung jeweils 120° voneinander beabstandet angeordnet. Am Stator 20a sind drei Paare von Sendern 22 und Empfängern 24 auf einer Kreislinie gleichen Umfangs mit einem jeweiligen Abstand von 120° auf der Kreislinie auf dem der Stirnfläche des Rotors gegenüberliegenden Bereich des Stators 20a angeordnet.
-
Bei den Ausführungsformen gemäß 3 bis 9 ist es zur Erreichung einer hinreichend schnellen und hinreichend stabilen Datenübertragung notwendig, dass sowohl die Sendeseite als auch die Empfangsseite Kenntnis über die Position des Rotors 30 hat, um die Daten korrekt abtasten zu können, sodass der Empfänger zum richtigen Zeitpunkt empfängt und der Sender das oder die Daten zwischen den Abtastpunkten ändern (weiterschalten) kann.
-
Zur diesbezüglich also erforderlichen Bestimmung der Rotorposition auf Seite des Stators bietet sich die Verarbeitung der Phasenspannungen an, die auf dieser Seite zur Verfügung stehen und die Information über das magnetische Feld in der elektrischen Maschine tragen. Es ist jedoch bei Bedarf auch möglich, die im Folgenden zur Bestimmung der Rotorstellung im Rotor selbst angegebenen Möglichkeiten zu verwenden.
-
Bei Generatoren mit einer Erregermaschine kann die Stellung des Rotors rotorseitig auch durch Verarbeiten der verfügbaren Spannungssignale, die der Information über das magnetische Feld entsprechen, bestimmt werden. Wenn der Generator über keine Erregermaschine verfügt, gibt es folgende weitere Möglichkeiten, die wie oben beschrieben, auch statorseitig zur Bestimmung der Rotorstellung genutzt werden können:
- - Verwendung eines eigenen Rotorstellungsensors, der beispielsweise als Schwerkraftsensor, Hallsensor oder Inkrementalkodierer ausgebildet sein kann.
- - Ein eigenes Sender-/Empfängerpaar kann verwendet werden, um ein Taktsignal vom Stator an den Rotor zu übertragen.
- - Taktsignal und Daten können durch Verwendung eines geeigneten Codes kombiniert werden, beispielsweise in dem ein Impuls unterschiedlicher Länge die Stellung des Rotors mit der ansteigenden Flanke des Signals und ein oder mehrere Datenbits über die Impulslänge überträgt (hierbei ist beispielsweise an eine Impulslänge von 4, 8, 12 oder 16 Mikrosekunden innerhalb eines 25-Mikrosekunden-Zeitschlitzes zu denken, um die binären Daten 00, 01, 10 und 11 zu übertragen).
- - Verwendung eines dafür geeigneten Leitungscodes (beispielsweise bit stuffing), welcher die Information über die Stellung des Rotors in bestimmten Intervallen überträgt. Dann muss eine Interpolation angewendet werden, um die Rotorstellung zwischen zwei Zeitpunkten vorherzusagen, wenn die Rotorstellungsinformation auf diese Weise übertragen wird.
-
Abschließend sollen die einfachsten möglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt werden, die zwar lediglich eine Datenübertragungsrate von einigen wenigen Bit pro Sekunde aufweisen, die aber beispielsweise zur Übertragung sich langsam ändernder Messwerte wie der Temperatur der Rotorspulen, die jeweils nur jede Minute gemessen werden muss, genügen und dafür extrem preisgünstig sind. Dann ist auch eine Kodierung möglich, die unabhängig ist von der Stellung des Rotors und somit auf alle vorher beschriebenen aufwendigen Maßnahmen zur Feststellung der Rotorstellung im Rotor verzichten kann.
-
Diese Ausführungsformen sind in den 10 und 11 beschrieben. Diese Ausführungsformen funktionieren auch lediglich in einer Richtung, dargestellt ist hier die Übertragung vom Rotor zum Stator.
-
Bei der in 10 dargestellten elektrischen Maschine 10b ist der Rotor 30b lediglich mit einem rotorseitigen Sender 32 versehen, welcher an der äußeren Mantelfläche des Rotors 30b angeordnet ist, und Licht senkrecht zur Rotationsachse des Rotors 30b nach außen abstrahlt. Am Stator 20b ist ein entsprechender Empfänger 24 so angeordnet, dass der Sender 32 bei jedem Umlauf des Rotors einmal an dem Empfänger 24 vorbeiläuft.
-
11 zeigt eine elektrische Maschine 10b', bei der eine entsprechende Ausführungsform mit nur einem rotorseitigen Sender 32 und einem statorseitigen Empfänger 24 ausgeführt ist, wobei jedoch die Strahlungsrichtung des Senders parallel zur Rotationsachse des Rotors 30b' verläuft. Der Sender 32 ist hier auf einer Stirnfläche des Rotors 30b' mit einem bestimmten Abstand von der Rotationsachse des Rotors 30b' angeordnet. Auf dem Stator 20b' ist an einer geeigneten Stelle, an der der rotorseitige Sender 32 bei jeder Umdrehung des Rotors 30b' vorbeiläuft, ein Empfänger 24 angeordnet.
-
Die Übertragung von Signalen mit einer niedrigen Bitrate, beispielsweise der Rotortemperatur kann nun bei den Ausführungsformen der 10 und 11 folgendermaßen erfolgen, ohne dass man die relative Stellung des Rotors im Stator kennen muss:
- Wenn der Sender 32 für längere Zeit eingeschaltet ist, sieht die Empfängerseite eine Serie von Impulsen, nämlich jedes Mal, wenn der Sender 32 am Empfänger 24 vorbeiläuft. Verwendet man nun eine geeignete Leitungscodierung, beispielsweise ein kurzer Strich für 0, und ein längerer Strich für 1, eine kurze Pause zur Trennung von Datenbits und eine längere Pause zur Trennung von Nachrichten, kann ein entsprechendes sehr billiges Datenübertragungssystem verwirklicht werden. Dabei muss die Signallänge für „0“ zumindest etwas länger als die Dauer eines Umlaufs des Rotors sein, und die Länge einer „1“ muss nochmals um mindestens etwas mehr als die Zeitdauer eines Umlaufs des Rotors länger sein als das Signal für „0“. Hierbei ist die Zuordnung von Null und Eins zu den jeweiligen Signallängen natürlich willkürlich, genauso kann die „1“ durch das kürzere Signal und die „0“ durch das längere Signal dargestellt werden.
-
In dem in 12 bis 14 dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Wert „0“ durch einen Strich mit der Dauer von mindestens mehr als zwei Umläufen des Rotors dargestellt, der Wert „1“ durch eine mindestens doppelte Zeitdauer.
-
In allen diesen drei Figuren ist in der obersten Zeile „SendDaten“ der gesendete Signalverlauf dargestellt, bei dem der Wert 0 durch ein kurzes Signal und der Wert 1 durch ein doppelt so langes Signal dargestellt wird.
-
In der nächsten Zeile ist das Signal „EmpfPulse“ dargestellt, welches dem vom Empfänger empfangenen Signal entspricht. Dieses Signal ist von der Drehzahl abhängig, und daher bei jeder Figur anders. Je höher die Drehzahl ist, umso mehr Impulse pro Zeiteinheit werden empfangen, solange vom Empfänger ein Signal gesendet wird
-
Das „EmpfClock“-Signal in der Zeile darunter wird aus dem Signal „EmpfPulse“ abgeleitet, und zwar nicht durch eine Hardware-Schaltung, sondern durch einen Software-Prozess mit einer nicht besonders hohen zeitlichen Auflösung und dient primär der Veranschaulichung des Decodier-Prozesses - dieser Prozess schaltet das Signal EmpfClock immer dann um, wenn ein Interrupt-Prozess für mehr als 150ms kein Signal „EmpfPuls“ mehr gesehen hat.
-
Hardwaretechnisch würde man dieses Signal mittels eines retriggerbaren Monoflops gefolgt von einem Toggle-FlipFlop in genau dieser Variante generieren können.
-
EmpfDaten folgt wiederum aus dem EmpfClock-Signal - war die Pulsdauer kurz, wurde eine „0“ empfangen, war sie lang eine „1“.
-
12 zeigt dann die entsprechenden Signalverhältnisse beim Sender und beim Empfänger bei einer niedrigen Rotordrehzahl, aufgetragen über die Zeit (t) in Sekunden.
-
13 zeigt die entsprechenden Signalverhältnisse beim Sender und beim Empfänger bei einer mittleren Rotordrehzahl, aufgetragen über die Zeit (t) in Sekunden.
-
14 zeigt die entsprechenden Signalverhältnisse beim Sender und beim Empfänger bei einer hohen Rotordrehzahl, aufgetragen über die Zeit (t) in Sekunden.
-
Selbstverständlich können hier auch andere geeignete Leitungscodes verwendet werden, sofern sie nur laufzeitbegrenzte Leitungscodes sind, beispielsweise durch Verwendung von NRZ oder NRZI. Diese erlauben auch noch die Gewinnung eines Taktsignals aus dem Datenstrom, welches die Drehzahl des Rotors angibt. So kann beispielsweise auch aus den Empfänger-Messwerten der 12 durch den Zeitabstand und die Lage der einzelnen Impulse beim Signal „1“ die Drehzahl und die Winkellage des Rotors erschlossen werden.
-
Bereitgestellt werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Übertragung digitaler Daten zwischen einem Rotor 30 und einem Stator 20 einer elektrischen Maschine 10, wobei die Übertragung auf optischem Wege erfolgt, und eine entsprechend ausgerüstete elektrische Maschine 10.
-
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 102019205992 A1 [0003]
- WO 2017/129458 A2 [0004]
- DE 102008032210 A1 [0005]
- DE 102017006952 A1 [0005]
- DE 602004010140 T2 [0005]
