DE112018004187T5

DE112018004187T5 - Systeme und Verfahren für ein Korrigieren von nicht-sinus-artigen Signalen, die von nicht-kreisförmigen Kopplern erzeugt werden

Info

Publication number: DE112018004187T5
Application number: DE112018004187.5T
Authority: DE
Inventors: Ryan W. Elliott; Michael Myer
Original assignee: KSR IP Holdings LLC
Current assignee: KSR IP Holdings LLC
Priority date: 2017-08-15
Filing date: 2018-08-15
Publication date: 2020-04-30
Also published as: CN110998243A; US20210278260A1; KR20200032140A; US11125591B2; US20190056251A1; WO2019035867A1

Abstract

Es wird ein System zur Verfügung gestellt, das einen nicht-kreisförmigen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul umfasst. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf. Bei Drehung des Kopplers erzeugt eine der Empfängerspulen ein Ausgangssignal, das einer sinus-ähnlichen Funktion entspricht, und erzeugt die andere ein Ausgangssignal, das einer kosinus-ähnlichen Funktion entspricht. Das Speichermodul kann derart betrieben werden, dass es nicht-sinus-artige Ausgangssignale kompensiert, die durch eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern und durch einen Spalt zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es die nicht-sinus-artige Ausgangssignale von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet, dass es einen Fehler in den nicht-sinus-artigen Ausgangssignalen von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule bestimmt, dass es die Baugruppe mathematisch kompensiert, um die den Fehler zu eliminieren, und dass es ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist.

Description

QUERVERWEIS AUF ZUGEHÖRIGE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/545,627 , die am 15. August 2017 eingereicht worden ist und deren Inhalte hier durch Verweis mit eingeschlossen sind.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Beschreibung bezieht sich in der Regel auf Drehsensoren und im Besonderen auf Systeme für ein Korrigieren von Fehlern in einer Ausgabe von Drehsensoren.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Es ist bekannt, dass ein nicht-kreisförmiger Koppler in Verbindung mit einer Senderspule verwendet wird, die auf einer gedruckten Leiterplatte (PCB) ausgebildet ist und die durch ein hochfrequentes Signal angeregt wird. Wenigstens zwei Empfängerspulen sind ebenfalls auf der PCB ausgebildet und sind in mehreren Segmenten um die PCB-Platte herum angeordnet, wobei jedes Segment entgegengesetzt zu den benachbarten Segmenten gewickelt ist. Der Koppler kann dann relativ zu der PCB-Platte derart montiert sein, dass der Koppler planar ist und über einem Teil der PCB-Platte liegt. Der Koppler ist aus einem elektrisch leitfähigen Material konstruiert, so dass eine Drehung des Kopplers relativ zu der PCB-Platte die induktive Kopplung zwischen der Sendespule und den Empfangsspulen verändert und aus diesem Grund sich die von den Empfängerspulen abgegebene Spannung ändert. Folglich ist die Ausgangsspannung an den Empfängerspulen proportional zu der relativen Drehposition des Kopplers.
In der Regel sind die Koppler aus Metall gefertigt und werden in Gegenwart eines hochfrequenten Magnetfeldes Wirbelströme aufweisen. Die Wirbelströme werden ein Magnetfeld erzeugen, das dem Magnetfeld, das es erzeugt hat, entgegengesetzt ist. Das Ergebnis besteht darin, dass das magnetische Wechselfeld direkt unterhalb des Kopplers in seinem Betrag reduziert werden wird. Es ist bei unterschiedlichen Kopplergeometrien bekannt, dass nicht-sinus-artige Eingangssignale erzeugt werden, die zu Fehlern führen, wie zum Beispiel zu harmonischen Fehlern der vierten und der achten Ordnung. Die harmonischen Fehler der vierten und der achten Ordnung verursachen während eines jeden Zyklus eine Abweichung von einer perfekten sinus-artigen Welle an bestimmten Stellen der Sinuswelle. Da dies der Fall ist, erzeugen die harmonischen Fehler einen elektrischen Winkelfehler zusätzlich zu dem bekannten mechanischen Fehler. Die Abweichung von einer perfekten sinus-artigen Welle kann bei jedem nicht-kreisförmigen Koppler in jedem beliebigen System auftreten, das auf einer Sinus-/ Kosinus-Eingangswelle beruht, einschließlich linearer Spulenkonstruktionen. Außerdem können sich die nicht-sinus-artigen Eingangssignale auf der Grundlage eines Luftspalts zwischen dem Koppler und den Empfangsspulen ändern.
Aktuelle Lösungen für ein Reduzieren oder Eliminieren der nicht-sinus-artigen Eingangssignale verwenden komplizierte Spulenformen und / oder Kopplerformen, die für das Erzeugen des Sinussignals geformt sind. Darüber hinaus haben die aktuellen Lösungen den Nachteil, dass sie das empfangene Signal reduzieren, da sie die Spulenfläche nicht bis auf die günstige Platinenfläche in einem Kreis in Bezug auf die Segmentspulen maximieren.
Aus diesem Grund ist es wünschenswert, ein unkompliziertes Sensorsystem zur Verfügung zu stellen, das einen Korrekturfaktor hat, der den Fehler, der mit den nicht-sinus-artigen Eingangssignalen in Zusammenhang steht, ohne Rücksicht auf den Luftspalt im Wesentlichen eliminiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Bei einer Ausführungsform wird ein System zur Verfügung gestellt, das einen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul umfasst. Der Sensor ist in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet, dass ein Spalt gebildet wird. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf, die jeweils ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen, wobei eine der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine sinus-ähnliche Funktion erzeugt, und wobei die andere der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine kosinus-ähnliche Funktion erzeugt. Das Speichermodul kann derart betrieben werden, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern und durch den Spalt zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird.
Das Prozessormodul ist kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet. Das Prozessormodul erzeugt des Weiteren ein korrigiertes Ausgangssignal, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es einen Arkustangens der Ausgangssignale von der ersten und von der zweiten Empfangsspule berechnet, dass es wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern von einem elektrischen Winkel des Arkustangens korrigiert, dass es einen Skalierungsfaktor bei verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes anwendet, dass es eine Steigung und einen Offset kalkuliert, die Parameter sind, die, wenn sie addiert werden, gleich einem jeden der Skalierungsfaktoren bei den verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes sind, und dass es den Offset als einen korrigierten Wert speichert, und dass es die Mehrzahl von geometrischen Fehlern in dem Ausgangssignal um den korrigierten Wert kompensiert.
Bei einer anderen Ausführungsform wird ein System zur Verfügung gestellt, das einen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul umfasst. Der Sensor ist in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet, dass ein Spalt gebildet wird. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf, die jeweils ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen, wobei eine der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine sinus-ähnliche Funktion erzeugt, und wobei die andere der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine kosinus-ähnliche Funktion erzeugt. Das Speichermodul kann derart betrieben werden, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern und durch den Spalt zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird. Das Prozessormodul ist kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet. Das Prozessormodul erzeugt des Weiteren ein korrigiertes Ausgangssignal, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es die Mehrzahl von geometrischen Fehlern in den nicht-sinus-artigen Ausgangssignalen von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule bestimmt und dass es die nicht-sinus-artigen Ausgangssignale mathematisch kompensiert, um die Mehrzahl von geometrischen Fehlern zu eliminieren.
Figurenliste
Die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, sind illustrativer und beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, den Gegenstand, der durch die Ansprüche definiert ist, einzuschränken. Die folgende detaillierte Beschreibung der illustrativen Ausführungsformen kann verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, in denen eine gleiche Struktur mit gleichen Bezugszeichen angegeben ist und in denen:

1 stellt schematisch eine Explosionsansicht einer beispielhaften Positionssensor-Baugruppe dar, die dazu konfiguriert ist, dass sie nicht-sinus-artige Eingangssignale in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die gezeigt und beschrieben sind, kompensiert;
2A stellt schematisch illustrative Hardware-Komponenten eines Prozessormoduls dar, die dazu verwendet werden können, um nicht-sinus-artige Eingangssignale in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, zu korrigieren;
2B stellt schematisch ein illustratives Speichermodul dar, das illustrative Logikkomponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält;
2C stellt schematisch ein illustratives Datenspeicher-Gerät dar, das illustrative Datenkomponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält;
3A stellt schematisch eine Draufsicht auf einen illustrativen Sensor dar, der einen nicht-kreisförmigen Koppler aufweist, der ein nicht-sinus-artiges Eingangssignal in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, erzeugt;
3B stellt schematisch einen entsprechenden Graphen zu dem Sensors aus der 3A in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar;
4A stellt schematisch eine graphische Darstellung eines Fehlers in Vergleich zu einem mechanischen Winkel in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar;
4B stellt schematisch eine graphische Darstellung eines Fehlers in Vergleich zu einem elektrischen Winkel in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar; und
4C stellt schematisch eine Form für eine Fehlerreduzierung in einer Look-Up-Tabelle in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, dar.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Mit allgemeinem Bezug auf die Figuren sind die Ausführungsformen, die hier beschrieben sind, auf Systeme und Verfahren für ein Korrigieren von nicht-sinus-artigen Signalen gerichtet, die von nicht-kreisförmigen Kopplern erzeugt werden. Das System weist einen nicht-kreisförmigen Koppler, einen Sensor, ein Speichermodul und ein Prozessormodul auf. Der Sensor weist eine Senderspule, die daran angepasst ist, um durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen auf. Die eine der Empfängerspulen erzeugt bei Drehung des Kopplers eine Sinusfunktion erzeugt, und die andere der Empfängerspulen erzeugt bei Drehung des Kopplers eine Kosinusfunktion. Das Speichermodul weist maschinell lesbare Befehle auf, die eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern in dem Ausgangssignal kompensieren, die durch die nicht-sinus-artigen Ausgangssignals und durch einen Spalt zwischen dem nicht-kreisförmigen Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht werden. Das Prozessormodul ist kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es nicht-sinus-artige Ausgangssignale von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet und dass es des Weiteren ein Ausgangssignal erzeugt, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist. Das Prozessormodul ist dazu konfiguriert, dass es einen Arkustangens des Ausgangssignals von der ersten und von der zweiten Empfängerspule berechnet, dass es wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern von einem elektrischen Winkel des Arkustangens korrigiert, dass es einen Skalierungsfaktor bei zwei verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes anwendet, dass es eine Steigung und einen Offset kalkuliert, so dass sie, wenn sie addiert werden, gleich einem jeden der Skalierungsfaktoren bei den zwei verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes sind, dass es den Offset als einen korrigierten Wert speichert, und dass es die Mehrzahl von geometrischen Fehlern in dem Ausgangssignal um den korrigierten Wert kompensiert.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Zeichnungen ist die 1 eine hier schematisch dargestellte Explosionsdarstellung einer Positionssensor-Baugruppe 10, die dazu konfiguriert ist, dass sie nicht-sinus-artige Eingangssignale entsprechend den Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, kompensiert. Wie es in der 1 dargestellt ist, weist die Positionssensor-Baugruppe 10 eine Senderspule 12 auf. Die Senderspule 12 weist eine Mehrzahl von Schleifen aus einem leitfähigen Material auf, die an eine Hochfrequenz-Wechselstrom-Quelle (Hochfrequenz-AC-Quelle) 14, die zum Beispiel bei einer Frequenz von 4 MHz arbeitet, gekoppelt sind. Wie dargestellt ist, sind die Schleifen der Senderspule 12 kreisförmig, allerdings können die Schleifen auch in anderen Formen vorliegen und zum Beispiel oval sein. Die Senderspule 12 kann auf eine gedruckte Leiterplatte (PCB) gedruckt sein, so dass die Senderspule 12, wenn sie durch die Hochfrequenz-Wechselstrom-Quelle 14 mit Strom versorgt wird, ein hochfrequentes elektromagnetisches Feld erzeugt. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Senderspule 12 auf einer Leiterplatte, auf einer Lochrasterplatine, auf einer Streifenrasterplatine und / oder auf dergleichen angeordnet sein kann.
Die Positionssensor-Baugruppe 10 weist des Weiteren eine erste Empfangsspule 16 und eine zweite Empfangsspule 18 auf. Sowohl die erste als auch die zweite Empfangsspule 16, 18 sind auch auf die gedruckte Leiterplatte gedruckt und sind in der Regel in Bezug auf die Senderspule 12 ausgerichtet. Man sollte sich jedoch darüber im Klaren sein, dass jede der Empfangsspulen 16, 18 oder beide Empfangsspulen 16, 18 nicht unbedingt in Bezug auf die Senderspule 12 ausgerichtet sein müssen, und dass des Weiteren die Empfangsspulen 16, 18 auf einer Leiterplatte, auf einer Lochrasterplatine, auf einer Streifenrasterplatine und / oder auf dergleichen angeordnet sein können.
Die Positionssensor-Baugruppe 10 weist des Weiteren ein Kopplerelement 20 auf. Wie dargestellt ist, ist das Kopplerelement konzentrisch mit sowohl den beiden Empfangsspulen 16, 18 als auch mit der Senderspule 12, dies dient allerdings lediglich illustrativen Zwecken und ist nicht einschränkend. Das heißt, dass das Kopplerelement 20 nicht unbedingt konzentrisch mit einer der Empfangsspulen 16, 18 oder mit den beiden Empfangsspulen 16, 18 und / oder mit der Senderspule 12 sein muss. Des Weiteren können die Empfangsspulen 16, 18, die Senderspule 12 und das Kopplerelement 20 so angeordnet sein, wie es in einer Sensor-Baugruppe 300 (3A) gezeigt ist. Das Kopplerelement 20 ist aus einem leitfähigen Material konstruiert, so dass ein Mit-Strom-Versorgen der Senderspule 12 Wirbelströme im Inneren des Kopplerelements 20 erzeugen wird und aus diesem Grund die induktive Kopplung zwischen der Senderspule 12 und der ersten und der zweiten Empfangsspule 16, 18 beeinflussen wird. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass, obwohl die aktuelle Form des Kopplerelements 20 als eine Halbmond-Form oder eine halbkreisförmige Form dargestellt ist, die Form sich in Abhängigkeit von der Anwendung, von der Anzahl der Schleifen in den Empfangsspulen 16, 18 und / oder von dergleichen ändern kann. So kann zum Beispiel das Kopplerelement 20 eine in der Regel dreieckige Form haben, wobei zum Beispiel ein derartiges Kopplerelement mit einer in der Regel dreieckigen Form verwendet werden kann, falls sowohl die erste als auch die zweite Empfängerspule 16, 18 drei Lappen hätte.
Das Kopplerelement 20 kann mechanisch mit einer Welle, mit einer Drosselposition und / oder mit dergleichen derart verbunden sein, dass die Drehposition des Kopplerelements 20 sich proportional ändert und dass die Drehung des Kopplerelements 20 die induzierte Spannung in den Schleifen von sowohl der ersten Empfangsspule 16 als auch von der zweiten Empfangsspule 18 ändern kann.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 1 weist die Positionssensor-Baugruppe 10 des Weiteren ein Prozessormodul 24 auf. Das Prozessormodul 24 kann ein Mikrocontroller sein. Da dies der Fall ist, kann das Prozessormodul 24 Hardware aufweisen, die dazu dient, um Daten zu verarbeiten, um Daten zu speichern und / oder um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren, die als Ausgangssignale 26 und 28 von den Empfangsspulen 16, 18 empfangen worden sind. Aus diesem Grund können das Prozessormodul 24 und / oder Komponenten des Prozessormoduls 24 eine oder mehrere Berechnungsfunktionen ausführen, wie zum Beispiel das Empfangen von Daten, das Bestimmen eines Fehlers, das Kalkulieren einer Fehlerkorrektur, das Speichern der Fehlerkorrektur und das Verarbeiten der Fehlerkorrektur, wie es hier im Detail beschrieben wird.
Das Prozessormodul 24 kann im eigentlichen Sinne Daten von einer oder von mehreren Quellen (wie zum Beispiel von den Empfangsspulen 16, 18) empfangen, Daten erzeugen, Daten speichern, Daten indizieren, Daten suchen und / oder Daten einer äußeren Quelle, wie zum Beispiel einer elektronischen Steuereinheit, einem anderen Prozessormodul, einem Fahrzeug (oder Komponenten eines solchen), und / oder dergleichen, zur Verfügung stellen. Des Weiteren kann das Prozessormodul 24 dazu verwendet werden, um Daten, wie zum Beispiel einen Korrekturfaktor 30, zu erzeugen, wie es hier im Detail beschrieben wird. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass das Prozessormodul 24 mit anderen Rechensystemen, wie zum Beispiel mit einem On-Board-Rechensystem für ein Fahrzeug, mit einem Server, mit einem Netzwerk, mit einem Nutzer-Rechengerät wie zum Beispiel einem Personalcomputer, und / oder mit dergleichen, zusammen arbeiten kann.
2A stellt schematisch illustrative Hardware-Komponenten des Prozessormoduls 24 dar, die dazu verwendet werden können, um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren. In Übereinstimmung mit den Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, kann das Prozessormodul 24 ein nicht-flüchtiges computer-lesbares Medium sein, das dazu ausgebildet ist, um die unterschiedlichen Prozesse, die hier beschrieben sind, zu Ende zu führen, und das als Hardware, als Software und / oder als Firmware verkörpert ist. Obwohl bei einigen Ausführungsformen das Prozessormodul 24 als ein Allzweck-Computer mit der erforderlichen Hardware, Software und / oder Firmware konfiguriert sein kann, kann bei anderen Ausführungsformen das Prozessormodul 24 auch als Spezial-Computer konfiguriert sein, der vor Allem dazu ausgelegt ist, um die hier beschriebene Funktionalität auszuführen. So kann zum Beispiel das Prozessormodul 24 ein Gerät sein, das vor Allem daran angepasst ist, um mathematische Kalkulationen und Look-Up-Tabellen dazu zu verwenden, um nicht-sinus-artige Eingangssignale zu korrigieren. In einem anderen Beispiel kann das Prozessormodul 24 ein Gerät sein, das besonders daran angepasst ist, um einen Spalt, wie zum Beispiel einen Luftspalt, zwischen dem Kopplerelement 20 und den Empfangsspulen 16, 18 zu bestimmen und um auf der Grundlage des Spalts eine Rückmeldung zu liefern zu geben und / oder Befehle auszuführen. Bei Ausführungsformen, bei denen das Prozessormodul 24 ein Allzweck-Computer ist, stellen die Systeme und Verfahren, die hier beschrieben sind, einen Mechanismus zur Verfügung, der dazu dient, um die Funktionalität dadurch zu verbessern , dass bestimmt wird, dass der Fehler ein nicht-sinus-artiges Eingangssignal ist, und dass der Fehler auf der Grundlage dessen, dass der Spalt zwischen dem Kopplerelement und den Empfangsspulen 16, 18 bestimmt wird, derart korrigiert wird, dass die Effizienz der Positionssensor-Baugruppe 10 oder ein empfangenes Signal nicht reduziert wird, wodurch eine Fläche der Spule auf die günstige Platinenfläche maximiert wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann das Prozessormodul 24 ein Verarbeitungsgerät 204, eine I / O-Hardware 208, eine Netzwerk-Interface-Hardware 210, eine nicht-flüchtige Speicher-Komponente 212, ein System-Interface 214 und ein Datenspeicher-Gerät 216 umfassen. Ein Vor-Ort-Interface 202, wie zum Beispiel ein Bus oder dergleichen, kann die unterschiedlichen Komponenten miteinander verbinden.
Das Verarbeitungsgerät 204, wie zum Beispiel eine Verarbeitungseinheit für einen Computer (CPU), kann die zentrale Verarbeitungseinheit des Prozessormoduls 24 sein und Kalkulationen und logische Operationen ausführen, um ein Programm auszuführen. Das Verarbeitungsgerät 204 ist, allein oder in Verbindung mit den anderen Komponenten, ein illustratives Verarbeitungsgerät, Rechengerät, Prozessor oder eine Kombination dieser Einrichtungen. Das Verarbeitungsgerät 204 kann jede beliebige verarbeitende Komponente umfassen, die dazu konfiguriert ist, dass sie Befehle (wie zum Beispiel solche von dem Datenspeicher-Gerät 216 und / oder von der Speicher-Komponente 212) empfängt und ausführt.
Die Speicher-Komponente 212 kann als ein flüchtiges und / oder nicht-flüchtiges computer-lesbares Medium konfiguriert sein und kann, da dies der Fall ist, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (einschließlich SRAM, DRAM und / oder andere Typen von Speichern mit wahlfreiem Zugriff), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Flash-Speicher, ein Register, eine Compact Disc (CD), eine Digital Versatile Disc (DVD) und / oder andere Typen von Speicher-Komponenten umfassen. Die Speicher-Komponente 212 kann auf ihr eine oder mehrere Programmierbefehle aufweisen, die, wenn sie durch das Verarbeitungsgerät 204 ausgeführt werden, das Verarbeitungsgerät 204 dazu veranlassen, um unterschiedliche Prozesse zu Ende zu führen. Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A können die Programmierbefehle, die in der Speicher-Komponente 212 gespeichert sind, als eine Vielzahl von Software-Logik-Modulen verkörpert sein, wobei jedes Logik-Modul Programmierbefehle für ein Zu-Ende-Führen von einer oder von mehreren Aufgaben zur Verfügung stellt, wie es im Folgenden in Bezug auf die 2B im Detail beschrieben wird.
Die Netzwerk-Interface-Hardware 210 kann jede beliebige drahtgebundene oder drahtlose Netzwerk-Hardware umfassen, wie zum Beispiel ein Modem, ein LAN-Port, eine Wireless-Fidelity-Karte (Wi-Fi-Karte), eine WiMax-Karte, eine Hardware für mobile Kommunikation und / oder eine andere Hardware für eine Kommunikation mit anderen Netzwerken und / oder Geräten. So kann zum Beispiel die Netzwerk-Interface-Hardware 210 eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Prozessormodul 24 und den anderen Komponenten eines Netzwerks, wie zum Beispiel, das keine Einschränkung darstellen soll, einem Server-Rechengerät, zur Verfügung stellen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann das Datenspeicher-Gerät 216, bei dem es sich in der Regel um ein Speichermedium handeln kann, ein oder mehrere Datenrepositories für ein Speichern von Daten, die empfangen und / oder erzeugt worden sind, enthalten. Das Datenspeicher-Gerät 216 kann jedes beliebige Speichermedium sein, wobei dazu ohne Einschränkung ein Festplattenlaufwerk (HDD), ein Speicher, ein entfernbarer Speicher und / oder dergleichen gehören. Obwohl das Datenspeicher-Gerät 216 als ein Vor-Ort-Gerät dargestellt ist, sollte verstanden werden, dass es sich bei dem Datenspeicher-Gerät 216 um ein entfernt liegendes Gerät handeln kann, wie zum Beispiel um ein Server-Rechengerät oder dergleichen (wie zum Beispiel das Server-Rechengerät). Illustrative Daten, die im Inneren des Datenspeicher-Geräts 216 enthalten sein können, werden weiter unten in Bezug auf die 2C beschrieben.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2A kann die I / O-Hardware 208 Informationen zwischen dem Vor-Ort-Interface 202 und einem oder mehreren anderen Komponenten kommunizieren. So kann zum Beispiel die I / O-Hardware 208 als ein Interface zwischen dem Prozessormodul 24 und anderen Komponenten, wie zum Beispiel einem externen elektronischen Steuermodul und / oder dergleichen, tätig sein.
Das System-Interface 214 kann in der Regel dem Prozessormodul 24 eine Fähigkeit zur Verfügung stellen, um sich an ein oder an mehrere externe Geräte, wie zum Beispiel an Nutzer-Rechengeräte und / oder an Server-Rechengeräte, anzukoppeln. Eine Kommunikation mit externen Geräten kann sich unter Verwendung von unterschiedlichen Kommunikationsports ereignen. Ein illustrativer Kommunikationsport kann an ein Kommunikationsnetz angeschlossen sein.
Unter Bezugnahme auf die 2B können bei einigen Ausführungsformen die Programmbefehle, die in der Speicher-Komponente 212 enthalten sind, als eine Vielzahl von Software-Modulen verkörpert sein, wobei jedes Modul Programmierbefehle für ein Zu-Ende-Führen von einer oder von mehreren Aufgaben zur Verfügung stellt. So stellt zum Beispiel die 2B schematisch die Speicher-Komponente 212 dar, die illustrative Logik-Komponenten in Übereinstimmung mit einer oder mit mehreren Ausführungsformen, die hier gezeigt und beschrieben sind, enthält. Wie es in der 2B gezeigt ist, kann die Speicher-Komponente 212 dazu konfiguriert sein, dass sie unterschiedliche verarbeitende Logiken, wie zum Beispiel eine Bedienlogik 220, eine Logik 222 für einen Skalierfaktor, eine Logik 224 für ein Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis und / oder eine Logik 226 für eine Offset-Konstante (wobei jede dieser Logiken zum Beispiel als ein Computerprogramm, als Firmware oder als Hardware verkörpert sein kann), speichert. Die Bedienlogik 220 kann ein Betriebssystem und / oder eine andere Software für ein Verwalten von Komponenten des Prozessormoduls 24 (2A) umfassen. Des Weiteren kann die Bedienlogik 220 ein oder mehrere Softwaremodule für ein Senden von Daten und / oder für ein Analysieren von Daten umfassen.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2B kann die Logik 222 für einen Skalierfaktor ein oder mehrere Softwaremodule für ein Sammeln von Daten von einer oder von mehreren Quellen (wie zum Beispiel einer Look-Up-Tabelle, einem Server-Rechengerät, einem anderen Prozessormodul und / oder dergleichen) umfassen, wie es hier im Detail beschrieben wird. Des Weiteren kann die Logik 222 für einen Skalierfaktor einen Spitzenfehler oder einen Betrag in einem Bit mit dem niedrigsten Stellenwert bestimmen, einen Coordinate-Rotation-Digital-Computer-Algorithmus (CORDIC-Algorithmus) bestimmen, CORDIC-Koeffizienten bestimmen und / oder dergleichen tun.
Die Logik 222 für einen Skalierfaktor kann sich in unterschiedlichen Rechengeräten befinden. So können zum Beispiel eine oder mehrere der Funktionalitäten und / oder Komponenten, die hier beschrieben sind, durch das Nutzer-Rechengerät und / oder durch das Server-Rechengerät zur Verfügung gestellt werden, die an die Speicher-Komponente 212 über das Netzwerk derart kommunikativ gekoppelt sein können, dass ein Zugriff auf die Logik 222 für einen Skalierfaktor zur Verfügung gestellt werden kann. So kann zum Beispiel das Verarbeitungsgerät 204 (2A) auf die Logik 222 für einen Skalierfaktor zugreifen, um die Daten der Look-Up-Tabelle zu kommunizieren und wiederherzustellen, und kann dann das Server-Rechengerät und / oder dergleichen verwenden, um die Daten der Look-Up-Tabelle zu manipulieren.
Die Logik 224 für ein Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis kann ein oder mehrere Softwaremodule für ein Bestimmen eines Verhältnisses zwischen einer Erregerspannung, wie sie an die Senderspule 12 angelegt wird, und einem empfangenen Signal durch das Prozessormodul 24, wie es hier im Detail beschrieben wird. Die Logik 224 für ein Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis kann dazu verwendet werden, um den Spalt zwischen den Empfangsspulen 16, 18 und dem Kopplerelement 20 zu bestimmen oder zu schätzen. Die Logik 226 für eine Offset-Konstante kann ein oder mehrere Softwaremodule für ein Bestimmen einer Offset-Konstante enthalten. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Offset-Konstante extern bestimmt werden kann und dann zu dem Verhältnis derart hinzu addiert oder von dem Verhältnis derart subtrahiert werden kann, dass ein Wert erhalten und bei jedem Betriebspunkt auf den Skalierungsfaktor angewendet wird, wie es hier im Detail beschrieben wird. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass der Offset-Konstante-Parameter aus einer Simulation oder aus Realteil-Messungen erhalten werden kann. Es kann eine Ausgleichsgerade, die zwei Punkte aufweist, erhalten werden, indem eine Steigung und die Offset-Konstante oder mehrere Punkte längs der Kurve dazu verwendet werden, um die Ausgleichsgerade von dort zu bekommen.
Die 2C stellt schematisch ein Blockdiaramm von unterschiedlichen Daten dar, die im Inneren eines Speichergeräts (wie zum Beispiel des Datenspeicher-Geräts 216) enthalten sind. Wie es in der 2C gezeigt ist, kann das Datenspeicher-Gerät 216 zum Beispiel eine Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle, wie zum Beispiel eine Vielzahl von mit Vorzeichen versehenen 8-Bit-Ganzzahlen, umfassen.
Darüber hinaus sollte es verstanden werden, dass es sich bei der Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle um vorbestimmte Daten handeln kann, die auf der Grundlage von Tests und Simulationen gesammelt worden sind. Es sollte des Weiteren verstanden werden, dass es sich bei der Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle auch um Daten handeln kann, die gesammelt worden sind und die über das Netzwerk-Interface 210 (2A) an die Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle gesendet oder auf die Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle heruntergeladen worden sind. Die Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle kann zum Beispiel von dem Server-Rechengerät oder zum Beispiel von dem Nutzer-Rechengerät empfangen werden. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Vielzahl von gespeicherten Daten 228 der Look-Up-Tabelle permanent gespeichert werden können oder nicht.
Das Datenspeicher-Gerät 216 kann des Weiteren zum Beispiel Bit-mit-dem-niedrigsten-Stellenwert-Daten 230 umfassen, die aus dem Spitzenfehler oder des Betrags einer Real-Daten-Welle und aus einer Spitze oder eines Betrags einer Look-Up-Tabelle-Welle (LUT-Welle) entnommen worden sind, wie es hier im Detail beschrieben wird. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass der Spitzenfehler als ein Amplitudenfehler oder als ein Betrag bezeichnet werden kann. Das heißt, dass, wie es im Detail beschrieben werden wird, es einen Betrag einer Signatur des Fehlers oder der LUT gibt und dass es einen Betrag des Fehlers in den realen Daten gibt. Der Skalierungsfaktor kann das Verhältnis zwischen diesen beiden sein.
Das Datenspeicher-Gerät 216 weist des Weiteren eine Vielzahl von Erregerspannung-Daten 232, eine Vielzahl von empfangenes-Signal-Daten 234 und / oder eine Vielzahl von CORDIC-Daten 236 auf. Die Vielzahl von Erregerspannung-Daten 232 und die Vielzahl von empfangenes-Signal-Daten 234 können von dem Verarbeitungsgerät 204 (2A) empfangen werden. Die Vielzahl von Erregerspannung-Daten 232 und die Vielzahl von empfangenes-Signal-Daten 234 werden als ein Verhältnis verwendet, um den Spalt, bei dem es sich um einen Luftspalt handeln kann, zwischen dem Kopplerelement 20 und den Empfangsspulen 16, 18 zu schätzen, wie es hier im Detail beschrieben wird. Da dies der Fall ist, kann das Verarbeitungsgerät 204 (2A) dazu konfiguriert sein, dass es aktuelle Erregerspannung-Daten und aktuelle empfangenes-Signal-Daten an das Datenspeicher-Gerät 216 sendet. Die aktuellen Erregerspannung-Daten und aktuellen empfangenes-Signal-Daten können in Echtzeit erfasst werden, wie es hier im Detail beschrieben wird. Die CORDIC-Daten 236 können gespeicherte CORDIC-Koeffizienten und andere Daten sein, die in Bezug zu den CORDIC-Algorithmen stehen.
Es sollte verstanden werden, dass die Komponenten, die in den 2A-2C dargestellt sind, lediglich illustrativ sind und dass es nicht beabsichtigt ist, dass sie den Umfang dieser Offenbarung einschränken sollen. In einem engeren Sinne ist, obwohl die Komponenten in den 2A-2C derart dargestellt sind, dass sie sich im Inneren des Prozessormoduls 24 befinden, dies ein nicht-einschränkendes Beispiel. Bei einigen Ausführungsformen können eine oder mehrere Komponenten sich außerhalb von dem Prozessormodul 24 befinden.
Es sollte verstanden werden, dass es sich bei dem Prozessormodul 24 um ein stationäres Gerät, ein anwendungsspezifische-integrierte-Schaltung-Gerät (ASIC-Gerät) und / oder um dergleichen handeln kann. Da dies der Fall ist, können diese Geräte unterschiedliche Komponenten aufweisen oder sind die Komponenten im Inneren dieser Geräte dazu konfiguriert, dass sie den Korrekturfaktor ausführen, ohne dass der Umfang dieser Offenbarung geändert wird. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass bei Ausführungsformen der Korrekturfaktor aus dem ASIC unter Verwendung von Rohwerten erhalten werden kann.
Nun wird auf die 3A-3B Bezug genommen, in denen ein Sensor 300 das nicht-sinus-artige Eingangssignal erzeugt und ein entsprechendes Diagramm 305 schematisch dargestellt ist. In der Regel ist der Sensor 300 identisch mit der Positionssensor-Baugruppe 10, allerdings kann hier das Kopplerelement 20 mehrere gerade Kanten 310 haben, wie zum Beispiel diejenigen, die in einem dreieckigen Koppler zu finden sind. Die 3B ist ein Graph, der einen Fehler in Vergleich zu einem Winkel darstellt, wobei eine Ordinate 315 der Fehler in Grad ist und eine Abszisse 320 der Winkel in Grad ist. Darüber hinaus ist ein Spalt 330 von 1,3 mm aufgetragen, ist ein Spalt 335 von 1,8 mm aufgetragen, und ist ein Spalt von 2,3 mm aufgetragen, wie es hier im Detail beschrieben wird.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 3A-3B wird sich, wie es oben diskutiert worden ist, die induzierte Spannung auf dem Ausgangssignal 26 von der ersten Empfangsspule 16 wie eine sinus-ähnliche Funktion ändern, wenn das Kopplerelement 20 in einem Uhrzeigersinn gedreht wird. In dem umgekehrten Fall wird sich, da die zweite Empfangsspule 18 effektiv um 90 Grad von der ersten Empfangsspule 16 elektrisch gedreht werden kann, die induzierte Spannung auf dem Ausgangssignal 28 von der zweiten Empfangsspule 18 wie eine kosinus-ähnliche Funktion des Drehwinkels des Kopplerelements ändern.
Aus diesem Grund, und wegen der nicht-sinus-artigen Eingaben, die durch die Form des Kopplerelements 20 und vor Allem durch die mehreren geraden Kanten 310 des Kopplerelements 20 verursacht werden können, werden die nicht-sinus-artigen Signale durch die Empfangsspulen 16, 18 erfasst und als Ausgangssignale 26, 28 an das Prozessormodul 24 (1) ausgegeben. Wie es in der 3B gezeigt ist, ändert sich das nicht-sinus-artige Eingangssignal in das Prozessormodul 24 (1) hinein aus den Ausgangssignalen 26, 28 mit dem Spalt zwischen dem Kopplerelement 20 und den Empfangsspulen 16, 18. Wie es dargestellt ist, gibt es vor Allem, wenn sich der Spalt ändert, die Signatur des Fehlers, die in Zusammenhang mit der LUT steht. Darüber hinaus ändert sich, wenn sich der Spalt ändert, ebenso auch ein Betrag des Fehlers. So ist zum Beispiel der Betrag des Spaltes 330 von 1,3 mm bei ungefähr 1,1 Grad aufgetragen, wohingegen der Fehler des Spaltes 335 von 1,8 mm bei ungefähr 0,95 Grad liegt und der Spalt 340 von 2,3 mm bei ungefähr 0,7 Grad liegt. Da dies der Fall ist, gilt, dass, je kleiner der Spalt ist, der Fehler desto größer ist und das empfangene Signal desto geringer ist. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass der Spalt die Signatur des Fehlers dynamisch ändert. Da dies der Fall ist, ändert sich der Fehler von 1,1 Grad bei dem Spalt 330 von 1,3 mm bis hinab zu 0,7 Grad bei dem Spalt 340 von 2,3 mm, so dass es eine proportionale Konstante von -0,4 Grad nach unten gibt, so dass jetzt eine Steigung-Konstante in Vergleich zu dem Spalt bei -0,4 liegt.
Es kann jedoch sein, dass das System den Spalt nicht kennt. Wie es im Folgenden im Detail erläutert wird, ist, um diesen Fehler zu korrigieren, stattdessen das System dazu konfiguriert, dass es die Erregerspannung als ein Verhältnis des empfangenen Signalwertes zu einem Vielfachen der Steigung bestimmt. Da dies der Fall ist, kann das System das Verhältnis der Erregerspannung über dem empfangenen Signal verwenden, wobei in der Regel entweder die Erregerspannung oder das empfangene Signal konstant ist, um einen Verhältniswert zu bekommen, und das System die Offset-Konstante, bei der es sich um eine Koordinate handelt, für jeden Skalierungsfaktor bei einem bestimmten Betriebspunkt erhält. Bei einigen Ausführungsformen kann das System die Erregerspannung verwenden, die mit dem empfangenen Signalwert multipliziert ist, und Werte erlangen. Aus diesem Grund wird, um die Signatur des Fehlers zu korrigieren, die folgende Gleichung verwendet: $S k a l i e r u n g f a k t o r = m (\frac{E r r e g e r s p a n n u n g}{e m p f a n g e n e s S i g n a l}) + O f f s e t - K o n s t a n t e .$
Die Gleichung 1 kann dem Konzept einer linearen Geradengleichung folgen, wie zum Beispiel y = m x + b, in der y der Skalierungsfaktor ist, die Steigung m ist, x das Verhältnis der Erregerspannung in Vergleich zu dem empfangenen Signal ist, und b die Offset-Konstante als eine Koordinate ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 4A-4C werden im Folgenden die Skalierungsfaktor-Kalkulationen diskutiert werden. Der Skalierungsfaktor „y“ wird durch die folgende Gleichung bestimmt: $S k a l i e r u n g f a k t o r = \frac{S p i t z e n f e h l e r i n L S B}{m a x i m a l e r W e r t i n L o o k - U p - T a b e l l e} .$
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass der Skalierungsfaktor bei mehr als einem Betriebspunkt kalkuliert wird. Um den Spitzenfehler in Bits mit dem niedrigsten Stellenwert (LSB) zu bestimmen, muss der Fehler oder das nicht-sinus-artige Eingangssignal, der oder das ein harmonischer Fehler der 4. Ordnung sein kann, isoliert werden, so dass der Spitzenfehler und der mechanische Winkel voneinander getrennt werden können, um die Komponente der 4. Ordnung zu bestimmen. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Harmonischen der 4. Ordnung Algorithmen benötigen, um einen Korrekturfaktor zu erzeugen, der Fehler, die mit den Spalten in Zusammenhang stehen, im Wesentlichen eliminiert, wie es oben diskutiert worden ist. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass, da es einen sinus-artig geformten Fehler relativ zu dem mechanischen Winkel, der korrigiert werden muss, gibt, der Korrekturwert, der durch den Algorithmus implementiert ist, auf viele unterschiedliche Arten durch Software implementiert werden kann, einschließlich, ohne Einschränkung, durch die LUT. Da dies der Fall ist, ist die LUT bekannt und wird hier im Allgemeinen als die Fehler-Signatur bezeichnet. Ein zusätzliches Verfahren für ein Korrigieren an Stelle einer LUT besteht darin, einen CORDIC-Algorithmus zu verwenden, um die sinus-artige Fehlerform wiederherzustellen. Ein CORDIC-Algorithmus kann auf zwei unterschiedliche Arten angewendet werden, es kann der CORDIC dazu verwendet werden, um die LUT direkt mit dem Skalierungsfaktor, der auf sie angewendet ist, zu ersetzen, oder es kann ein einzigartiger Skalierungsfaktor auf die CORDIC-Koeffizienten angewendet werden und kann somit ein direktes Korrigieren mit keinen zusätzlichen Schritte ausgeführt werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 4A-4C stellt die 4A eine graphische Darstellung 400 eines Fehlers in Vergleich zu einem mechanischen Winkel dar, die eine Ordinate 410 als einen Fehler in Bits und eine Abszisse 415 als einen mechanischen Fehler in Bits aufweist, wie es hier im Detail beschrieben wird. Der Fehler ist als eine verschobene sinus-ähnliche Welle 420 dargestellt, die sich während der mechanischen Drehung viermal wiederholt. Während die Form konstant bleibt, ändert sich eine Amplitude 425 der Welle, die durch die Fehleränderungen verursacht ist, wie es oben diskutiert worden ist. Die 4B stellt eine graphische Darstellung 405 eines Fehlers in Vergleich zu einem elektrischen Winkel dar, in der eine Ordinate 430 ein Fehler in Bits ist und eine Abszisse 435 ein elektrischer Winkel in Bits ist, wie es hier im Detail beschrieben wird. Ein harmonischer Fehler 440 der vierten Ordnung ist als sinus-ähnliche Welle 445 dargestellt, die in Vergleich zu der verschobenen sinus-ähnlichen Welle 420 der 4A sogar noch stärker verschoben ist. Die 4C stellt einen Graphen 450 einer LUT dar, der schematisch eine Form für eine Fehlerreduzierung, wie zum Beispiel eine Welle 455 darstellt, wobei der Graph 450 eine Ordinate 460 als einen LUT-Maximalwert als eine mit Vorzeichen versehene 8-Bit-Ganzzahl und eine Abszisse 465 als einen Winkel aufweist. Ein maximaler Wert, eine Spitze oder eine Amplitude 470 der Welle 455 ist dargestellt und wird hier im Detail beschrieben werden.
Unter Bezugnahme auf die 4A-4B wird, da der Zugriff auf den mechanischen Winkel an einem Gerät eingeschränkt ist, daher eine Arkustangens-Funktion mit zwei Argumenten verwendet, um den elektrischen Winkel zu bestimmen. Das heißt, dass es, um den mechanischen Winkel oder den Drehwinkel des Kopplerelements 20 zu erhalten, erforderlich ist, dass der Arkustangens jeweils von sowohl der sinus-ähnlichen Funktion als auch von der kosinus-ähnlichen Funktion auf den Ausgangssignalen 26 und 28 von der ersten und der zweiten Empfangsspule 16, 18 genommen wird. Diese Arkustangens-Funktion ist wie folgt gegeben: $\partial = \frac{\partial = atan 2 (x, y)}{N}, atan 2 (y, x) = (\frac{y}{\sqrt{x^{2} + y^{2} + x}}) .$
Da dies der Fall ist, weist der kalkulierte elektrische Winkel den Fehler, der einmal entfernt worden ist, auf, die Form des Fehlers kann identifiziert werden, wenn sie gegen den elektrischen Winkel, der von der Arkustangens2-Funktion zurückgegeben worden ist, aufgetragen wird, wie es in der 4B gezeigt ist.
Wie es in der 4B gezeigt ist, ist der Fehler verschoben. Das heißt, dass die Form des Fehlers in der Sinus-Welle verschoben ist. Als eine beispielhafte Berechnung kann der Skalierungsfaktor aus den 4A-4C dadurch bestimmt werden, dass als erstes der Spitzenfehler der Welle bestimmt wird, der hier bei ungefähr 0,5% liegt (wobei der DC-Offset ignoriert wird). Da dies der Fall ist, würde, da dies ein 15-Bit-Winkel ist, die äquivalente Spitze wie folgt sein: $32768 * 0,005 = 164 LSB .$
Auf der andern Seite würde, falls dies ein 16-Bit-Winkel wäre, die äquivalente Spitze wie folgt sein: $65536 * 0,005 = 328 LSB .$
Die Spitze oder die Amplitude 470 der Welle 455 der LUT 455 in der 4C liegt bei ungefähr 113. Da dies der Fall ist, kann für den 15-Bit-Winkel der Skalierungsfaktor durch das folgende kalkuliert werden: $S k a l i e r u n g s f a k t o r = \frac{164}{113} = 1,451.$
Für einen 16-Bit-Winkel liegt der Skalierungsfaktor bei 2,903. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass die Kalkulation des Skalierungsfaktors, wie sie oben beschrieben worden ist, bei zwei Betriebspunkten zu Ende geführt wird. In einigen Ausführungsformen kann die Kalkulation des Skalierungsfaktors bei mehr als zwei Betriebspunkten zu Ende geführt werden.
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass sich der Skalierungsfaktor immer ändert, da es einen konstanten und einen dynamischen Faktor gibt. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass der Skalierungsfaktor eine proportionale Konstante ist. Dies ist ein Vorteil des Skalierungsfaktor, da der Skalierungsfaktor in der Lage ist, Änderungen der Spulen, Änderungen des Spalts, Änderungen der Pole und / oder dergleichen zu kompensieren. Ein zusätzlicher Vorteil des Skalierungsfaktor ist darin zu sehen, dass irgend welche Ungenauigkeiten der induzierten Spannung an entweder der ersten oder der zweiten Spule 16, 18, die durch Änderungen des Luftspalts zwischen den Spulen und dem Kopplerelement, der Temperatur, der Feuchtigkeit und dergleichen verursacht werden, durch denselben Fehlerfaktor für sowohl die Sinusfunktion als auch für die Kosinusfunktion skaliert werden. Als Folge hieraus wird ein jeder solcher Fehler, der auf Umgebungsbedingungen oder Herstellungstoleranzen zurück zu führen ist, automatisch kompensiert und ausgeglichen. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass es nicht eine lineare Approximation geben muss, sondern dass es für den Skalierungsfaktor eine Funktion höherer Ordnung oder einen festen Wert geben kann.
Da der Skalierungsfaktor für unterschiedliche Betriebspunkte bekannt ist, kann als nächstes die andere Seite der Gleichung 1 für jeden Skalierungsfaktor bei jedem Betriebspunkt bestimmt werden, so dass eine Steigung und ein Offset und im Anschluss daran ein Korrekturwert bestimmt werden können. Wie es oben diskutiert worden ist, stellt das Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis den x-Wert in der Gleichung y = m x + b dar und wird dazu bestimmt, um den Spalt zwischen dem Kopplerelement 20 (1) und den Empfangsspulen 16, 18 (1) zu schätzen. Die Erregerspannung ist als die AC-Quelle 14 (1), die eine Frequenz von 4 MHz hat, dargestellt. Da dies der Fall ist, ist das Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis bei jedem Betriebspunkt dynamisch. Aus diesem Grund ändert sich während der Kalkulation im Allgemeinen lediglich entweder die Erregerspannung oder das empfangene Signal. Sobald das Verhältnis einmal bestimmt worden ist (d. h., dass der Spalt geschätzt worden ist), addiert das Prozessormodul 24 die Offset-Konstante als die Koordinate zu dem Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis oder subtrahiert das Prozessormodul 24 die Offset-Konstante als die Koordinate von dem Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis.
Eine Steigung kann nun kalkuliert werden, indem die folgende Gleichung verwendet wird: $S t e i g u n g = \frac{(F e h l e r 1. B e t r i e b s p u n k t) - (F e h l e r d e s 2. B e t r i e b s p u n k t s)}{(S p a l t d e s 1. B e t r i e b s p u n k t s) - (S p a l t d e s 2 . B e t r i e b s p u n k t s)},$
in der der Fehler 1. Betriebspunkt der Skalierungsfaktor-Fehler von dem ersten Betriebspunkt ist und der Fehler 2. Betriebspunkt der Skalierungsfaktor-Fehler von dem zweiten Betriebspunkt ist, und in der der Fehler von dem ersten Betriebspunkt von dem Fehler von dem zweiten Betriebspunkt subtrahiert wird, um einen Delta-Skalierungsfaktor-Fehler-Wert zu erhalten, und in der der Spalt, der von dem ersten Skalierungsfaktor-Betriebspunkt erhalten worden ist, von dem Spalt von dem zweiten Skalierungsfaktor-Betriebspunkt subtrahiert wird, um einen Delta-Spalt-Wert zu erhalten. Der Delta-Skalierungsfaktor-Fehler-Wert wird durch den Delta-Spalt-Wert dividiert, um die Steigung, oder m, zu erhalten. Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass sich die konstanten b's bei der Subtraktion aufheben. Das heißt, dass der Skalierungsfaktor bei zwei Betriebspunkten dadurch bestimmt wird, dass die Delta-Differenz durch das Verhältnis, das bei zwei unterschiedlichen Betriebspunkten genommen worden ist, dividiert wird, um einen geschätzten Delta-Spalt zu erhalten. Die Delta-Skalierungsfaktor-Differenz wird durch die Delta-Spalt-Differenz dividiert, um die Steigung zu erhalten. Da nun die Steigung bekannt ist, kann die Steigung in einen der Punkte in der Gleichung ein hinein substituiert werden, um den konstanten Offset zu erhalten. Aus diesem Grund sind die gleichgesetzten Steigung- und Offset-Konstanten der Korrekturwert, der für den bestimmten Fehler bei dem bestimmten Spalt erforderlich ist.
Man sollte sich darüber im Klaren sein, dass, da der Skalierungsfaktor und / oder das Erregerspannung-zu-empfangenem-Signal-Verhältnis zwischen Sensor-Anordnungen, während des Betriebs und / oder dergleichen dynamisch sind, auch die Offset-Konstante anpassungsfähig und in der Lage ist, sich dynamisch zu ändern, genau wie jedes beliebige System, in dem das rohe Signal eine Harmonische, die durch eine Sinus- und eine Kosinus-Wellen-Eingabe approximiert wird, aufweist, wie zum Beispiel, ohne Einschränkung, induktive Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren, lineare Sensoren, Zwei-Eingänge-Sensor, magnetoinduktive Sensoren und / oder dergleichen.
Darüber hinaus können die Koppler in ihrer Form variieren, und zwar unterschiedliche Außendurchmesser, unterschiedliche Innendurchmesser, die Gestalt eines Viertelmonds, die Gestalt eines Halbmonds, die Gestalt eines Vollmonds und einen Hohlraum oder keinen Hohlraum oder irgendeine Kombination von diesen haben. Aus der vorliegenden Offenbarung geht klar hervor, dass sich viele Variationen innerhalb des Umfangs der Erfindung befinden. So kann zum Beispiel der Koppler größer werden, einen Hohlraum oder keinen Hohlraum haben, kann sich die Reichweite des Sensors ändern, und kann sich die LUT zu Harmonischen der 8. Ordnung weiterentwickeln, um Fehler zu korrigieren, die in Verbindung mit Fehlanpassungen zwischen dem in dem Koppler enthaltenen Winkel und dem Spulenwinkel stehen. Einige Abweichungen von einer Sinus- oder Kosinuswelle sind bekannt, und aus diesem Grund ist es nicht erforderlich, dass die LUT diese korrigiert, wie zum Beispiel einen statischen Offset der 1. Ordnung oder einen dynamischen geometrie-basierten Offset der 1. Ordnung, der durch die Senderstärke beeinflusst wird.
Auf der anderen Seite sind Offsets der 4. und der 8. Ordnung sehr viel komplizierter und erfordern Algorithmen, um einen Korrekturfaktor zu erzeugen, der die Fehler, die in Verbindung mit den Spalten stehen, im Wesentlichen eliminiert. Wenn das LUT-Verfahren so, wie es oben diskutiert worden ist, dazu verwendet wird, um Fehler einer höheren Ordnung, wie zum Beispiel der 8. Ordnung, zu korrigieren, dann verdopple einfach die LUT-Referenz, um den Wert zu erhalten, der die höheren Harmonischen korrigiert.
Der Vorteil der Verfahren, Algorithmen und / oder Kalkulationen, wie sie hier beschrieben worden sind, ist zum Beispiel darin zu sehen, dass die Messungen einer linearen Distanz mit der X- (oder der Y-) und der Z-Komponente des magnetischen Felds nicht rein sinus-artig sind. Aus diesem Grund weisen sie Fehler auf, die auf typische Weise durch Mehr-Punkt-Korrekturen korrigiert werden. Jedoch wird das Verfahren, das hier beschrieben worden ist, den Fehler der 4. Ordnung lediglich mit den Skalierungsfaktor korrigieren, so dass hierdurch die Kalibrierungspunkte, die erforderlich sind, reduziert werden oder für andere Benutzer-Kalibrierungen zur Verfügung gestellt werden. Man sollte sich des Weiteren darüber im Klaren sein, dass ein festgelegter Korrekturfaktor immer noch in Systemen, in denen sich ein Luftspalt nicht ändert, verwendet werden kann.
Obwohl die vorliegende Erfindung als ein Positionssensor beschrieben worden ist, der ein Paar von Empfangsspulen umfasst, von denen jede Empfangsschleifen umfasst, können die Empfangsspulen jede beliebige gerade Anzahl von Empfangsschleifen umfassen. So zum Beispiel eine erste Empfangsspule 16 und eine zweite Empfangsspule 18, von denen jede vier separate Schleifen, sechs separate Schleifen und / oder dergleichen umfasst.
Obwohl hier besondere Ausführungsformen dargestellt und beschrieben worden sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass unterschiedliche andere Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass von dem Geist und dem Umfang des beanspruchten Gegenstandes abgewichen wird. Obwohl hier des Weiteren unterschiedliche Aspekte des beanspruchten Gegenstandes beschrieben worden sind, müssen derartige Aspekte nicht in Kombination miteinander verwendet werden. Es ist daher beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche alle derartigen Änderungen und Modifikationen, die sich innerhalb des Umfangs des beanspruchten Gegenstandes befinden, abdecken.
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

US 62545627 [0001]

Claims

Wir beanspruchen:
Sensorsystem, umfassend - einen Koppler; - einen Sensor, der in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet ist, dass ein Spalt gebildet wird, wobei der Sensor eine Senderspule, die daran angepasst ist, durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen umfasst, die ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen, wobei eine der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine sinus-ähnliche Funktion erzeugt, und wobei die andere der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine kosinus-ähnliche Funktion erzeugt; - ein Speichermodul, das derart betrieben werden kann, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern und durch den Spalt zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird; - ein Prozessormodul, das kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt ist, wobei das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal sowohl von der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet, wobei das Prozessormodul des Weiteren ein korrigiertes Ausgangssignal erzeugt, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist, und wobei das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass: - es einen Arkustangens der Ausgangssignale von der ersten und von der zweiten Empfängerspule berechnet; - es wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern von einem elektrischen Winkel des Arkustangens korrigiert; - es einen Skalierungsfaktor bei verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes anwendet; - es eine Steigung und einen Offset kalkuliert, die Parameter sind, die, wenn sie addiert werden, gleich einem Wert für jeden der Skalierungsfaktoren bei den verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes sind; - es den Wert als einen korrigierten Wert speichert; - es den wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern in dem Ausgangssignal um den korrigierten Wert kompensiert.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Spalt ein Luftspalt ist, und wobei der Spalt dynamisch ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens ein Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern ein harmonischer Fehler der vierten Ordnung oder ein harmonischer Fehler der achten Ordnung ist, und wobei der korrigierte Wert verdoppelt wird, um den harmonischen Fehler der achten Ordnung zu kompensieren.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Skalierungsfaktor eine dynamische Konstante ist, die die Steigung und den Offset umfasst.
Sensorsystem gemäß Anspruch 4, wobei der Skalierungsfaktor ein dynamischer Parameter ist, der proportional zu dem Spalt ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 5, wobei der Spalt durch einen Verhältnis-Parameter von einer Erregerspannung in Vergleich zu einem empfangenen Signalwert bestimmt wird, und wobei dann das Verhältnis mit einem Steigung-Parameter multipliziert wird.
Sensorsystem gemäß Anspruch 6, wobei der Verhältnis-Parameter von der Erregerspannung in Vergleich zu dem empfangenen Signalwert ein dynamischer Wert ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 4, wobei der Skalierungsfaktor durch die folgende Gleichung bestimmt wird: $S k a l i e r u n g s f a k t o r = \frac{S p i t z e n f e h l e r i n B i t s m i t d e m n i e d r i g s t e n S t e l l e n w e r t}{M a x i m a l e r W e r t i n e i n e r L o o k - U p - T a b e l l e},$
in der ein Spitzenfehler in Bits mit dem niedrigsten Stellenwert dadurch bestimmt wird, dass eine Größe des Spitzenfehlers für einen bestimmten Bitwinkel kalkuliert wird und mit einer Änderung der Erregerspannung in Vergleich zu dem empfangenen Signalwert multipliziert wird; und in der ein maximaler Wert in einer Look-Up-Tabelle eine Größe einer Welle ist, die in der Look-Up-Tabelle vorher festgelegt ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 6, wobei, wenn der Verhältnis-Parameter von der Erregerspannung in Vergleich zu dem empfangenen Signalwert ansteigt, dann der Skalierungsfaktor absinkt.
Sensorsystem gemäß Anspruch 7, wobei der Steigung- und der Offset-Parameter proportionale Konstanten sind, die dazu konfiguriert sind, dass sie sich an Änderungen wie einen Polwechsel, eine Spaltänderung oder eine Spulenänderung anpassen.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei ein CORDIC-Algorithmus, der einen vorher programmierten Offset, der dem korrigierten Wert entspricht, aufweist, dadurch verwendet wird, dass der Skalierungsfaktor ohne zusätzliche Schritte bestimmt wird, oder ein eindeutiger Skalierungsfaktor auf eine Mehrzahl von CORDIC-Koeffizienten angewendet wird, um den korrigierten Wert ohne zusätzliche Schritte zu bestimmen.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei wenigstens ein Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern in dem Ausgangssignal einen sinus-artig geformten Fehler relativ zu einem mechanischen Winkel aufweist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 14, wobei der sinus-artig geformte Fehler relativ zu dem mechanischen Winkel ein harmonischer Fehler der vierten Ordnung ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei der Sensor ein Hall-Effekt-Sensor, ein Zwei-Eingänge-Sensor, ein linearer Sensor, ein induktiver Sensor oder ein magnetoinduktiver Sensor ist.
Sensorsystem gemäß Anspruch 1, wobei sich das Speichermodul und das Prozessormodul im Inneren eines stationären Geräts befinden.
System, umfassend: - einen Koppler; - einen Sensor, der in Abstand zu dem Koppler derart angeordnet ist, dass ein Spalt gebildet wird, wobei der Sensor eine Senderspule, die daran angepasst ist, durch eine Hochfrequenz-Stromquelle mit Strom versorgt zu werden, und wenigstens zwei Empfangsspulen umfasst, die jeweils ein nicht-sinus-artiges Ausgangssignal erzeugen, wobei eine der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine sinus-ähnliche Funktion erzeugt, und wobei die andere der Empfängerspulen bei Drehung des Kopplers eine kosinus-ähnliche Funktion erzeugt; - ein Speichermodul, das derart betrieben werden kann, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal kompensiert, das durch eine Mehrzahl von geometrischen Fehlern und durch den Spalt zwischen dem Koppler und den wenigstens zwei Empfangsspulen verursacht wird; - ein Prozessormodul, das kommunikativ an das Speichermodul gekoppelt ist, wobei das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es das nicht-sinus-artige Ausgangssignal sowohl von der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule verarbeitet, wobei das Prozessormodul des Weiteren ein korrigiertes Ausgangssignal erzeugt, das für die Drehposition des Kopplers repräsentativ ist, und wobei das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern in den nicht-sinus-artigen Ausgangssignalen von sowohl der ersten als auch von der zweiten Empfängerspule bestimmt und dass es die nicht-sinus-artigen Ausgangssignale mathematisch kompensiert, um den wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern zu eliminieren.
System gemäß Anspruch 16, wobei das Prozessormodul die Mehrzahl von geometrischen Fehlern in den nicht-sinus-artigen Ausgangssignalen dadurch bestimmt, dass es einen Arkustangens der Ausgangssignale von der ersten und von der zweiten Empfängerspule berechnet und wenigstens einen Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern von einem elektrischen Winkel des Arkustangens korrigiert.
System gemäß Anspruch 17, zusätzlich umfassend, dass: - das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es einen Skalierungsfaktor bei verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes anwendet; - das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es eine Steigung und einen Offset kalkuliert, die Parameter sind, die, wenn sie addiert werden, gleich einem Wert für jeden der Skalierungsfaktoren bei den verschiedenen Betriebspunkten des Spaltes sind; - das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es den Wert als einen korrigierten Wert speichert; und - das Prozessormodul dazu konfiguriert ist, dass es den harmonischen Fehler der vierten Ordnung in dem Ausgangssignal um den korrigierten Wert kompensiert.
System gemäß Anspruch 16, wobei der Spalt ein Luftspalt ist.
System gemäß Anspruch 16, wobei wenigstens ein Fehler aus der Mehrzahl von geometrischen Fehlern eine Harmonische der vierten Ordnung oder eine Harmonische der achten Ordnung ist, und wobei der korrigierte Wert verdoppelt wird, um die harmonischen Fehler der achten Ordnung zu kompensieren.