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Die Erfindung betrifft ein Rotationswinkelerfassungsgerät, das einen
Inkrementalcodierer zur Erfassung eines Rotationswinkels einer (nachstehend als
Synchronmaschine bezeichneten) synchronen elektrischen Rotationsmaschine
wie eines Synchronwechselstromgenerators oder eines Synchronmotors aufweist.
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Ein derartiger Inkrementalcodierer
ist eine Einrichtung zur Erfassung eines relativen Rotationswinkels,
die einen Indeximpuls erfasst, der bei jeder Rotation eines Rotors
einer Rotationsmaschine erzeugt wird, wodurch ein Rotationswinkel
des Rotors in Bezug auf den Stator der Rotationsmaschine erfasst
wird.
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Jedoch ist es unmöglich, nach Unterbrechung (Abschalten)
der elektrischen Energieversorgung einen Inkrementalrotationswinkel
oder einen absoluten Rotationswinkel des Rotors durch den Inkrementalcodierer
in Erfahrung zu bringen, bis die Energieversorgung wiederaufgenommen
wird und ein Indeximpuls erzeugt wird.
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Daher muss eine Vielzahl von Phasenspulen (beispielsweise
U-Spule, V-Spule, W-Spule einer Dreiphasenwicklung) einer Rotationsmaschine
abwechselnd zu bestimmten nichtsynchronen Zeitintervallen gespeist
werden, bis der Indeximpuls nach Wiederaufnahme der Energieversorgung
erzeugt wird. Da der Indeximpuls lediglich einmal pro jeder Rotation
erzeugt wird, besteht der einzige Weg zum Starten des Synchronbetriebs
darin, abzuwarten, bis der Rotor maximal eine Umdrehung (360°) ausführt, nachdem
die Energie der elektrischen Rotationsmaschine zugeführt worden
ist.
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Daher liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Rotationswinkelerfassungsgerät bereitzustellen, das die
Wartezeit nach Beginn der Zufuhr von Energie zu der synchronen elektrischen
Rotationsmaschine bis zum Start deren Synchronbetriebs verkürzen kann.
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Gemäß einem Hauptmerkmal der vorliegenden
Erfindung weist ein Rotationswinkelerfassungsgerät für eine Synchronmaschine (synchrone
elektrische Rotationsmaschine) einen Inkrementalcodierer auf. Der
Inkrementalcodierer erzeugt einen Indexpuls jedesmal, wenn die elektrische
Energie allen aus der Vielzahl der Phasenspule zugeführt wird.
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Daher kann der Synchronbetrieb der
Synchronmaschine sobald hergestellt werden, wie der Synchronmaschine
elektrische Energie zugeführt wird.
Folglich kann ein gewünschtes
Drehmoment und/oder eine gewünschte
Ausgangsleistung in sehr kurzer Zeit nach Beginn des Betriebs der
Synchronmaschine erhalten werden.
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Zusätzlich kann der Inkrementalcodierer
einen Hilfsindeximpuls jedesmal erzeugen, wenn der Rotor eine Umdrehung
bzw. eine Drehung von 360° ausführt. Daher
kann ein absoluter Rotationswinkel des Rotors erfasst werden.
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Vorzugsweise ist der Inkrementalcodierer koaxial
mit dem Rotor angeordnet und weist einen Permanentmagneten auf,
der derart polarisiert ist, dass er eine Vielzahl von Magnetpolen
in Rotationsrichtung aufweist, sowie einen Magnetsensor zur Erfassung
einer Änderung
in dem magnetischen Fluss aufweist, der von dem Permanentmagneten
erzeugt wird. Daher kann der Inkrementalcodierer vergleichsweise
dünner
ausführt
werden.
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Die vorstehend beschriebene Synchronmaschine
weist eine Drehzahlreduzierungseinheit auf, so dass der Rotationswinkel
des Rotors ohne spezifischen Rotationssensor erfasst werden kann,
der an der Ausgangswelle der Drehzahlreduzierungseinheit angebracht
ist.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand
von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
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1A und 1B Zeitverläufe, die
Spannungssignalverläufe
einer Vielzahl von Phasenspulen eines Rotationswinkelerfassungsgeräts gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
darstellen, das an einer elektrischen Rotationsmaschine angebracht
ist,
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2 zeigt
eine schematische Darstellung eines Gangschaltungssystems eines
Motorfahrzeugs, das das Rotationswinkelerfassungsgerät gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
aufweist,
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3 zeigt
eine schematische Querschnittsdraufsicht einer Synchronmaschine,
bei der das Rotationswinkelerfassungsgerät angewendet wird,
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4 eine
seitliche Querschnittsdarstellung einer Servoeinheit, die die elektrische
Rotationsmaschine gemäß 3, eine Drehzahlreduzierungseinheit
und einen Codierer des Rotationswinkelerfassungsgeräts gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung aufweist,
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5 eine
perspektivische Darstellung einer Anordnung einer Feststelleinheit
und einer Gangschaltungseinheit, die durch die Servoeinheit gemäß 4 angetrieben werden,
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6 eine
Querschnittsdraufsicht der Synchronmaschine mit einem Permanentmagneten
des Rotationswinkelerfassungsgeräts,
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7 eine
schematische Darstellung magnetisierter Bereiche des Permanentmagneten
gemäß 6,
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8 eine
schematische Darstellung von Magnetsensoren, die an einer Schaltungsplatine
des Rotationswinkelerfassungsgeräts
angebracht sind,
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9A und 9B Graphen, die den Betrieb
des Rotationswinkelerfassungsgeräts
veranschaulichen, und
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10 ein
Flussdiagramm, das einen Betriebsprozess des Rotationswinkelerfassungsgeräts darstellt.
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Ein Rotationswinkelerfassungsgerät gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das an einer Gangschaltungseinheit mit einer Feststelleinheit
angewendet ist, ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung beschrieben.
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Wie es in 2 gezeigt ist, weist die Gangschaltungseinheit
eine elektrische Rotationsmaschine 1, eine Geschwindigkeitsreduzierungseinheit 2, eine
Gangschaltungseinheit 3, einen (nachstehend als Codierer
bezeichneten) Inkrementalcodierer 4 und eine Steuerungsschaltung 5 auf.
Die elektrische Rotationsmaschine 1, die Drehzahlreduzierungseinheit 2 und
der Codierer 4 bilden eine Servoeinheit, wie sie in 4 gezeigt ist. Die elektrische
Rotationsmaschine 1 ist ein Synchronmotor, der nachstehend unter
Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben ist.
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Wie es in 3 gezeigt ist, besteht die elektrische
Rotationsmaschine aus einem Rotor 6 und einem Stator 7.
Der Rotor 6 weist eine Rotationswelle 8 und einen
Rotorkern 9 auf. Die Rotationswelle 8 wird drehbar
durch vordere und hintere Lager 10 und 11 gestützt.
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Die Drehzahlreduzierungseinheit 2 weist eine
Ausgangswelle 12 auf, und das vordere Lager 10 wird
durch die innere Wand der Ausgangswelle 12 gehalten. Die
Servoeinheit weist ein vorderes Gehäuse 13, ein hinteres
Gehäuse 15 und
ein Metalllager 14 auf, das die Ausgangswelle 12 drehbar
stützt, so
dass die Rotationswelle 8 drehbar durch das Metalllager 14,
die Ausgangswelle 12 und das vordere Lager 10 gestützt wird.
Das hintere Lager 11 wird durch die innere Wand des hinteren
Gehäuses 15 gehalten,
um das hintere Ende der Rotationswelle 8 drehbar zu stützen.
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Der Stator 7 weist einen
Statorkern 16 und eine Spuleneinheit 17 auf, die
aus einer Vielzahl von Spulen 17A bis 17L zusammengesetzt
ist. Der Statorkern 16 weist Zähne 18A bis 18L auf,
um die die Spulen 17A bis 17L jeweils gewickelt
sind. Die Spulen 17A, 17D, 17G, 17J bilden
eine U-Phasenwicklung, die Spulen 17B, 17E, 17H und 17K bilden
eine V-Phasenwicklung und die Spulen 17C, 17F, 17I und 17L bilden
eine W-Phasenwicklung.
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Der Rotorkern 9 weist eine
Vielzahl von Schenkelpolen 19A bis 19H auf. Wenn
den Phasenwicklungen elektrische Energie in der Reihenfolge von
W, V und U zugeführt
wird, dreht sich der Rotor 6 gemäß der Darstellung in 3 gegen den Uhrzeigersinn.
Demgegenüber
rotiert der Rotor 6 im Uhrzeigersinn, wenn elektrische
Energie den Phasenwicklungen in der Reihenfolge von W, V und U zugeführt wird.
Der Rotor rotiert um 45° im Winkel jedesmal, wenn die elektrische
Energie jeder der Phasenwicklungen U, V und W zugeführt wird.
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Die Drehzahlreduzierungseinheit 2 ist
von einer Zykloidbauart (cycloid type) und weist ein internes Zahnrad 21,
ein externes Zahnrad 22 und eine Ausgangswelle 12 auf,
wie es in 4 gezeigt
ist. Das interne Zahnrad 21 wird durch das vordere Gehäuse 13 gehalten.
Die Rotationswelle 8 weist einen exzentrischen Abschnitt 23 auf,
an dem das externe Zahnrad 22 über ein Lager 24 drehbar
gestützt
ist, so dass das externe Zahnrad 22 exzentrisch rotiert, wenn
die Rotationswelle 8 rotiert. Dementsprechend rotiert das
externe Zahnrad 22 mit einer verringerten Drehzahl, die
auf die Ausgangswelle 12 übertragen wird. Wie es in 5 gezeigt ist, weist die
Gangschaltungseinheit 3 einen Steuerungsstab 25,
eine Feststelleinheit 30 und ein manuelles Sperrventil (spool
valve) 31 auf. Der Steuerungsstab 25 ist mit der
Ausgangswelle 12 verbunden.
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Die Gangschaltungseinheit 3 wird
durch die Ausgangswelle 12 angetrieben, so dass ein Gangschalten
von einem Bereich zu einem anderen unter den jeweiligen Gangschaltungsbereichen
P, R, N und D ausgeführt
werden kann, wenn das manuelle Sperrventil 31 bewegt wird.
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Die Feststelleinheit 30 weist
ein Feststellzahnrad 32, das Nuten 32A zwischen
den Zahnradzähnen
aufweist, eine Feststellstange 33 mit einem Vorsprung 33A,
eine fächerförmige Arretierungsscheibe 34,
einen Öldrucksteuerungskasten 35 und eine
gabelförmige
Blattfeder (blade spring) 36 auf. Die Feststelleinheit 30 blockiert
ein Fahrzeug, wenn der Vorsprung 33A der Feststellstange 33 mit
einer der Nuten 33A des Feststellzahnrades 32 in
Eingriff steht, und gibt das Fahrzeug frei, wenn der Vorsprung 33A nicht
mehr in Eingriff mit der Nut 33A steht.
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Das Feststellzahnrad 32A ist
mit einer Ausgangswelle einer automatischen Getriebeeinheit über eine
(nicht gezeigte) Differentialgetriebeeinheit verbunden. Das Fahrzeug
wird blockiert, wenn die Räder
des Fahrzeugs blockiert sind, und die Räder werden blockiert, wenn
das Feststellzahnrad 32 blockiert ist.
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Der Steuerungsstab 25 trägt die Arretierungsscheibe 34 daran.
Die Arretierungsscheibe 34 weist eine Vielzahl von Nuten 34A an
dem bogenförmigen äußeren Umlauf
davon auf. Die Blattfeder 36 weist einen Stift über deren
gabelförmigen
Abschnitt auf, um in eine der Nuten 34A zu passen, wodurch die
Arretierungsplatte 34 in einem ausgewählten Fahrstufenbereich gehalten
wird. Die Blattfeder 36 ist mit dem Öldrucksteuerungskasten 35 an
dem dem gabelförmigen
Abschnitt gegenüberliegenden
Ende befestigt.
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Die Arretierungsplatte 34 weist
einen Stift 37 und einen Feststellstab 39 auf.
Der Stift 37 passt in eine ringförmige Nut, die an einem Ende
des manuellen Sperrventils 31 ausgebildet ist, um dieses
anzutreiben. Wenn die Arretierungsscheibe 34 durch den Steuerungsstab 25 gedreht
wird, wird der Stift 37 in einem Bogen angetrieben, so
dass sich das manuelle Sperrventil 31 direkt in den Öldrucksteuerungskasten 35 bewegt.
Falls der Steuerungsstab 25 sich aus einer Position A gemäß 5 betrachtet im Uhrzeigersinn
bewegt, schiebt der Stift 37 das manuelle Sperrventil 31 in
den Drucksteuerungskasten 35, um Drucköldurchlässe zu ändern, so dass das Gangschalten
in der Reihenfolge von D, N, R und P ausgeführt werden kann. Demgegenüber zieht
der Stift 37 das manuelle Sperrventil 31, um das
Gangschalten in der Reihenfolge von P, R, N und D zu ändern, falls der
Steuerungsstab 25 sich gegen den Uhrzeigersinn dreht.
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Der Feststellstab 39, der
an die Arretierungsscheibe 34 befestigt ist, weist einen
konischen Kopf 40 zwischen einem Vorsprung 41 eines
Getriebegehäuses
und der Feststellstange 33 auf.
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Falls der Steuerungsstab 25 im
Uhrzeigersinn sich dreht, um den Fahrstufenbereich von R zu P zu ändern, bewegt
sich der Feststellstab 39 in eine Richtung B, so dass der
konische Kopf die Feststellstange 33 anhebt. Dementsprechend
dreht sich die Feststellstange 33 um eine Achse 42 in
der durch den Fall C angegebenen Richtung, so dass der Vorsprung 33A der
Feststellstange 33 in eine der Nuten 32A des Feststellzahnrades 32 passt.
Somit kann die Feststelleinheit 30 das Fahrzeug in dem
Feststellbereich (Parkbereich) blockieren.
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Falls der Steuerungsstab 25 sich
gegen den Uhrzeigersinn dreht, um den Bereich von P zu R zu ändern, wird
der Feststellstab 39 in die zu der durch den Fall 8 angegebenen
Richtung entgegengesetzten Richtung bewegt, so dass die Vorspannkraft,
die die Feststellstange 33 anhebt, verschwindet. Da die Feststellstange 33 in
die Richtung vorgespannt wird, die entgegengesetzt zu der durch
den Fall C angegebenen Richtung ist, löst sich der Vorsprung 33A der Feststellstange 33 von
den Nuten 32A des Feststellzahnrads 32. Als Ergebnis
wird das Feststellzahnrad 32 frei, und die Feststelleinheit 30 gibt
das Fahrzeug aus dem Feststellbereich P frei.
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Wie es in 4 gezeigt ist, weist der Codierer 4 einen
Permanentmagneten 51 und eine Magnetflussänderungserfassungseinheit 52 auf.
Der Permanentmagnet 51 ist eine ringförmige Scheibe, die koaxial
mit der Rotationswelle an dem Rotor 6 befestigt ist. Wie
es in 7 gezeigt ist,
ist der Permanentmagnet 51 derart magnetisiert, dass er
eine Vielzahl von N- und S-Polen aufweist, die abwechselnd an einem
kreisförmigen
Bereich ausgebildet sind, dessen mittlerer Radius RAB bei
Intervallen von 7,5° im
Winkel beträgt.
Die Magnetflussänderungserfassungseinheit 52 weist
erste bis vierte Erfassungselemente 52a, 52b, 52z und 52z' auf.
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Der Permanentmagnet 51 weist
eine Vielzahl nach innen vorspringender innerer Zähne 51A bei
Intervallen von 45° sowie
einen nach außen
vorspringenden äußeren Zahn 45B auf.
Der mittlere Abschnitt jedes inneren Zahns 51A ist derart
magnetisiert, dass er einen S-Pol bildet, und die umlaufend entgegengesetzten
Seiten des mittleren Abschnitts sind derart magnetisiert, dass sie
N-Pole bilden. Die Magnetpole, die in einem kreisförmigen Bereich
gebildet sind, dessen Radius RZ beträgt, sind
magnetische Pole zur Erzeugung einer Z-Phasenspannung oder eines
Indeximpulses. Der umlaufende mittlere Abschnitt des äußeren Zahns 51B ist
ebenfalls derart magnetisiert, dass er einen S-Pol bildet, und die
umlaufenden entgegengesetzten Seiten des mittleren Abschnitts sind
derart magnetisiert, dass sie N-Pole bilden. Die an einem kreisförmigen Abschnitt,
dessen Radius RZ' ist, gebildeten magnetischen Pole sind magnetische
Pole zur Erzeugung einer Z'-Phasenspannung
oder eines Hilfs-Indeximpulses.
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Die ersten bis vierten Erfassungselemente 52a, 52b, 52z und 52z' sind Elemente
der Magnetflussänderungserfassungseinheit 52,
und sind Elemente zur Erfassung von Magnetflussänderungen wie Hall-ICs, Hall-Elemente
oder MR-ICs (magnetoresistive ICs), die an einer Schaltungsplatine 53 befestigt
sind, wie es in 4 und 8 dargestellt ist.
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Die ersten und zweiten Erfassungselemente 52a und 52b sind
an unterschiedlichen Positionen auf einem Kreis angeordnet, der
einen Radius RAB aufweist, um jeweils Flussänderungen eines radial mittleren
Abschnitts des Permanentmagneten 51 zu erfassen, wodurch
A-Phasen- und B-Phasen-Ausgangssignale bereitgestellt werden. Das
dritte Erfassungselement 52z ist auf einem Kreis mit einem
Radius RZ angeordnet, um eine Flussänderung
eines radial inneren Abschnitts des Permanentmagneten 51 zu
erfassen, der die inneren Zähne 51A aufweist,
wodurch ein Z-Phasen-Ausgangssignal oder das Indexsignal bereitgestellt
wird. Das vierte Erfassungselement 52z' ist auf einem Kreis mit einem
Radius RZ' angeordnet,
um eine Flussänderung
eines radial äußeren Abschnitts
des Permanentmagneten 51 zu erfassen, der den äußeren Zahn 51B aufweist,
wodurch ein Z'-Phasen-Ausgangssignal
oder das Hilfs-Indexsignal bereitgestellt wird.
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Das A-Phasen-Ausgangssignal und das B-Phasen-Ausgangssignal sind
Signale, die sich in der Phase um 90° voneinander unterscheiden.
Das heißt,
dass das Paar der Ausgangssignale jedesmal bereitgestellt werden
kann, wenn der Rotor 6 15° im mechanischen Winkel sich
dreht.
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Das Z-Phasen-Ausgangssignal wird
jedesmal bereitgestellt, wenn der Rotor 6 sich um 45° im mechanischen
Winkel dreht, um den Einschaltzeitverlauf und das Verhältnis zwischen
dem A-Phasen-Ausgangssignal und dem B-Phasen-Ausgangssignal zu definieren. Das Z-Phasen-Ausgangssignal wird
jedesmal bereitgestellt, wenn der Rotor 6 sich um 360° im mechanischen
Winkel dreht, um die relative Rotationsposition des Rotors 6 zu
dem Stator 7 zu definieren.
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Die Steuerungsschaltung 5 steuert
die Rotation der elektrischen Rotationsmaschine 1, wodurch die
Gangschaltungseinheit 3 gesteuert wird, die durch die Drehzahlreduzierungseinheit 2 angetrieben wird.
Der Codierer 4 erfasst die Rotationsposition des Rotors 6,
um die Rotation der elektrischen Rotationsmaschine 1 zu
steuern. Das heißt,
dass die Steuerungsschaltung 5 die Anzahl der Impulse der
A-Phasen-, B-Phasen-, Z-Phasen- und
Z'-Phasen-Ausgangssignale
zur Erfassung der relativen Rotationsposition des Rotors 6 zu
dem Stator 7 zählt.
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Wie es in 9 gezeigt
ist, gibt es vier Gangschaltungsbereiche P, R, N und D, wobei jeder
einen Spielraum (oder den Spielraumrotationswinkel der Ausgangswelle 12)
von ±2° aufweist.
Es gibt Beschränkungswände, die
eine weitere Drehung der Ausgangswelle 12 über den
P-Bereich und den D-Bereich beschränken.
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Wie es in 10 gezeigt ist, wird, wenn ein Schalter
zum Starten der Steuerungsschaltung 5 eingeschaltet wird,
in Schritt S1 überprüft, ob Daten
des letzten Betriebs in einem Speicher gespeichert worden sind oder
nicht. Falls das Ergebnis JA ist, wird der letzte Gangschaltungsbereich
in Schritt S2 fortgesetzt, so dass er der jetzige Gangschaltungsbereich
ist, und die Verarbeitung schreitet zu Schritt S3 voran, indem ein
Gangschaltungsbefehlssignal gelesen wird, der gegeben wird, wenn
ein manueller Hebel bewegt wird. Falls das Ergebnis NEIN ist, wird
die elektrische Rotationsmaschine 1 in Schritt S4 zum Drehen
der Ausgangswelle 12 angetrieben, bis diese durch eine
der Beschränkungswände beschränkt wird.
Dann wird die gegenwärtige
(jetzige) Gangschaltungsposition (P-Bereich oder D-Bereich) der elektrischen
Rotationsmaschine 1 in dem Speicher in Schritt S5 aufgezeichnet,
um zu Schritt S3 voranzuschreiten.
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Dann wird in Schritt S6 überprüft, ob der
gegenwärtige
Fahrstufenbereich das Befehlssignal erfüllt oder nicht. Falls das Ergebnis
JA ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S3 zurück. Das heißt, das Befehlssignal wird
wiederholt gelesen, bis ein anderer Fahrstufenbereich durch den
manuellen Hebel gegeben wird. Demgegenüber wird in Schritt S7 die
elektrische Rotationsmaschine 1 zum Drehen der Ausgangswelle 12 zu
dem durch das Befehlssignal angewiesenen Fahrstufenbereich angetrieben,
falls das Ergebnis in Schritt S6 NEIN ist. Zu diesem Zweck wird
elektrischer Strom den U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasen-Spulen 17A bis 17L abwechselnd
bei bestimmten Intervallen in einer gesteuerten Weise (offene Steuerung)
derart zugeführt,
dass verhindert werden kann, dass die elektrische Rotationsmaschine
beliebig läuft.
Während
dieser Verarbeitung wird in Schritt S8 überprüft, ob das Z-Phasen-Signal
(Indeximpuls) vorhanden ist oder nicht.
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Falls das Ergebnis von Schritt S8
NEIN ist, kehrt die Verarbeitung zu Schritt S7 zurück, um die offene
Steuerung der elektrischen Rotationsmaschine 1 fortzusetzen.
Demgegenüber
wird der synchrone Betrieb in Schritt S9 gestartet, in dem Strom
den geeignetsten Phasenspulen für
die Rotationsposition des Rotors 6 in Bezug auf den Stator 7 zu
dem Zeitpunkt zugeführt
wird, wenn das Z-Phasen-Signal zugeführt wird.
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Darauffolgend wird in Schritt S10 überprüft, ob das
Z-Phasen-Signal
zugeführt
wird oder nicht. Falls das Ergebnis NEIN ist, kehrt die Verarbeitung zu
Schritt S9 zurück,
um den Synchronbetrieb der elektrischen Rotationsmaschine 1 fortzusetzen,
bis das Z'-Phasensignal
zugeführt
wird. Falls das Ergebnis JA ist, wird in Schritt S11 überprüft, ob der
Rotor 6 soweit wie ein vorbestimmter Rotationswinkel dreht oder
nicht.
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Falls das Ergebnis in Schritt S11
JA ist, wird in Schritt S12 eine Rotationswinkeldifferenz zwischen der
gegenwärtigen
Winkelposition und der angewiesenen Winkelposition aus einem Kennfeld
A gelesen, das in der Steuerungsschaltung 5 untergebracht
ist. Falls das Ergebnis von Schritt S11 NEIN ist, wird eine Rotationswinkeldifferenz
zwischen der gegenwärtigen
Winkelposition und der angewiesenen Winkelposition aus einem Kennfeld
B in Schritt S13 gelesen, das ebenfalls in der Steuerungsschaltung 5 untergebracht
ist.
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Danach wird in Schritt S14 überprüft, ob der absolute
Wert der entweder aus dem Kennfeld A oder dem Kennfeld B gelesenen
Differenz gleich oder kleiner oder ein vorbestimmter Wert Δθ ist oder
nicht.
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Falls das Ergebnis von Schritt S14
JA ist, wird berücksichtigt,
dass der gegenwärtige
Fahrstufenbereich der angewiesene Fahrstufenbereich ist. Daher wird
die Energieversorgung für
die elektrische Rotationsmaschine 1 ausgeschaltet, und
der gegenwärtige
Fahrstufenbereich wird in dem Speicher in Schritt S15 aufgezeichnet.
Danach wird der normale Synchronbetrieb der elektrischen Rotationsmaschine 1 gestartet.
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Während
der elektrischen Rotationsmaschine keine elektrische Energie zugeführt wird,
wird der Fahrstufenbereich durch die Arretierungseinheit gehalten,
die die Arretierungsscheibe 34 und die Blattfeder 36 aufweist.
Jedoch ist es unmöglich,
eine genaue Winkelposition des Rotors 1 in Erfahrung zu bringen,
da der Rotor 6 nicht blockiert ist. Beispielsweise entspricht
der P-Bereich ±2° Rotationswinkel der
Ausgangswelle 12 der Drehzahlreduzierungseinheit 2.
Dieser Rotationswinkel entspricht ±120° im Rotationswinkel des Rotors 6.
Falls die Ausgangswelle 12 bei 0° im Rotationswinkel positioniert
ist, sollte die Ausgangswelle 12 um 20° gedreht werden, um die Fahrstufe
von dem P-Bereich zu dem R-Bereich zu ändern. Demgegenüber sollte
die Ausgangswelle 12 um 17° gedreht werden, falls der Rotationswinkel
der Ausgangswelle 12 bei 3° positioniert ist.
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Um die Winkelposition der Ausgangswelle 12 in
Erfahrung zu bringen, wird ein Rotationswinkel der Ausgangswelle 12 von
der Wand des P-Bereichs oder D-Bereichs, zu dem das Z-Phasen-Signal
erzeugt wird, vorab experimentell erfasst und in einem Kennfeld
aufgezeichnet, das in der Steuerungsschaltung 5 untergebracht
ist.
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Wie es in 9A gezeigt ist, wird das erste Z'-Phasensignal erzeugt, wenn die Ausgangswelle 12 von
der Wand des P-Bereichs sich um 0,75° dreht, und das nächste Z'-Phasensignal wird
erzeugt, wenn die Ausgangswelle 12 sich um 6,75° dreht. Beispielsweise
wird davon ausgegangen, dass die Ausgangswelle 12 vorab
innerhalb von 0,75° in
Winkelposition von der Wand des P-Bereichs positioniert war, falls das
erste Z'-Phasensignal
erzeugt wird, bevor die Ausgangswelle 12 sich um 0,75° gedreht
hat, wobei der Rotor 6 sich nicht um 45° gedreht hat, während die
Fahrstufe sich im P-Bereich befindet. Dementsprechend ist es klar,
dass die Ausgangswelle 12 um 19,25° von der Position gedreht werden
sollte, wo das erste Z'-Phasensignal
erzeugt wird, um die Fahrstufe von dem P-Bereich zu dem R-Bereich
zu ändern.
Falls das erste Z'-Phasensignal
erzeugt wird, nachdem sich die Ausgangswelle um 0,75° gedreht hat,
während
die Fahrstufe sich in dem P-Bereich befindet, wird davon ausgegangen,
dass die Ausgangswelle vorab in einem Winkelbereich zwischen 0,75° und 4° positioniert
war. Dementsprechend ist es klar, dass die Ausgangswelle 12 bei
6,75° von
der Wand des P-Bereichs positioniert war, wenn das Z'-Phasensignal zuerst erzeugt wurde. Daher
sollte die Ausgangswelle 12 um 13,25° von der Position an gedreht werden,
zu der das Z'-Phasensignal
zuerst erzeugt wurde, um die Fahrstufe von dem P-Bereich zu dem R-Bereich
zu ändern.
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Die vorstehend beschriebene Idee
ist im wesentlichen dieselbe bei einer Fahrstufenumschaltung von
dem P-Bereich zu
einem anderen Bereich als dem R-Bereich und einem Bereich zu dem
anderen. Selbst falls die relative Winkelposition des Gangschaltungsbereichs
zu dem Z'-Phasensignal sich ändert, kann
die vorstehend beschriebene Idee auf die Gangschaltungssteuerung
angewendet werden. Somit kann der Übergang aus dem offenen oder nicht-synchronen
Betrieb zu dem Synchronbetrieb ausgeführt werden, bevor der Rotor 6 sich
im Winkel von 45° gedreht
hat.
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In der vorstehenden Beschreibung
der vorliegenden Erfindung wurde die Erfindung unter Bezugnahme
auf spezifische Ausführungsbeispiele
beschrieben. Es sind jedoch verschiedene Modifikationen und Änderungen
der spezifischen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ohne Abweichen von dem Umfang der Erfindung
möglich,
wie sie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.
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Wie vorstehend beschrieben, weist
ein Rotationswinkelerfassungsgerät
für eine
elektrische synchrone Rotationsmaschine 1 einen Inkrementalcodierer 4 auf.
Der Inkrementalcodierer erzeugt einen Indeximpuls jedesmal, wenn
elektrische Energie der Vielzahl der Phasenspulen 17A–17L einer
elektrischen Rotationsmaschine zugeführt wird, und einen Hilfs-Indeximpuls jedesmal,
wenn der Rotor 6 sich um 360° dreht.