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Diese
Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Meßwert-Erfassungseinrichtung,
die mit einer Meßeinheit
zum Erzeugen eines Ausgabesignals und einer Erfassungseinheit zum
Erfassen eines gemessenen Werts auf der Grundlage des Ausgabesignals
ausgestattet ist. Das Ausgabesignal ist unabhängig von einer Gleichstromkomponente,
wie etwa ein Zyklus einer Rechteckschwingung, eine Amplitude einer
Sinusschwingung oder dergleichen. Diese Erfindung bezieht sich insbesondere
auf eine Erfassung einer Fehlfunktion einer Ausgabeübertragungsleitung
zum Übertragen
des von der Meßeinheit
erzeugten Ausgabesignals zu der Erfassungseinheit.
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Wie
in 3 gezeigt, ist eine Winkelerfassungseinrichtung 9 mit
einem Drehmelder als eine von Meßwert-Erfassungseinrichtungen
zum Erfassen eines Meßwerts
auf der Grundlage eines Ausgabesignals, das von einer Gleichstromkomponente
unabhängig
ist, herkömmlich
bekannt gewesen. Die Winkelerfassungseinrichtung 9 enthält eine
Meßeinheit 10 und
eine Erfassungseinheit 20, die über eine Erregungsleitung 51,
Ausgabeübertragungsleitungen 52, 53 und
eine Bezugspotentialleitung 54 miteinander verbunden sind.
Die Meßeinheit 10 beherbergt
einen Drehmelder von der Art einer einphasigen Erregung und zweiphasigen
Ausgabe (einphasig/zweiphasig), der ein Paar aus zwei Sekundärwicklungsspulen 18, 19 und
eine Erregungsspule 17 besitzt. Die Erregungsspule 17 ist
bei einem Rotor (nicht gezeigt), der relativ zu den Sekundärspulen 18 und 19 drehbar
ist, befestigt.
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Ein
Ende der Erregungsspule 17 ist über die Bezugspotentialleitung 54 mit
einem Masseanschluß (GND),
der bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, verbunden
und das andere Ende ist über
die Erregungsleitung 51 mit einer Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21,
die bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, verbunden.
Die Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 ist mit einer
Zentraleinheit (CPU) 22, die bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, verbunden und empfängt
ein Befehlssignal von der Zentraleinheit (CPU) 22. Ein
Ende der jeweiligen Sekundärspulen 18 und 19 ist über die
Bezugspotentialleitung 54 mit dem Masseanschluß GND verbunden,
sodaß ein
Ausgabebezugspotential für
jede Spule 18 und 19 auf Null Volt gesetzt ist.
Die anderen Enden der jeweiligen Sekundärspulen 18 und 19 sind
mit den Ausgabeübertragungsleitungen 52 und 53 verbunden,
um Ausgabesignale einzeln von da zu der Erfassungseinheit 20 zu übertragen.
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Ein
Erregungssignal EX wird auf der Grundlage des Befehls von der Zentraleinheit
(CPU) 22 von der Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 zu
der Erregungsspule 17 übertragen.
Ansprechend auf eine elektrische Erregung der Erregungsspule 17,
bei der das Erregungssignal EX angelegt wird, wird ein Magnetfeld erzeugt.
Dadurch werden bei den Sekundärspulen 18 und 19 Ausgabesignale
SS bzw. SC elektrisch induziert. Beide der Ausgabesignale SS und
SC sind Sinusschwingungen, deren jeweiliger Mittelwert Null Volt
beträgt und
deren Amplitudenkoeffizient SINθ und
COSθ entsprechend
einem Drehwinkel θ des
Rotors ist. Das Ausgabesignal SS wird mit „D·SINθ·SINωt" und das Ausgabesignal SC wird mit „D·COSθ·SINωt" angegeben. Die konstante
Zahl „D" wird auf der Grundlage
einer Temperatur, der Amplitude des Erregungssignals EX und dergleichen
bestimmt.
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Das
Ausgabesignal SS wird über
die Ausgabeübertragungsleitung 52 zu
der Erfassungseinheit 20 übertragen, sodaß der Mittelwert
des Ausgabesignals SS mit der Sinusschwingung durch Widerstände R91, R92
und ein Erfassungsbezugspotential V1 schwankt. Das Ausgabesignal
SS wird dann durch eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung,
die Widerstände
R93, R94 und einen Operationsverstärker 93 enthält, verstärkt. In
dem Fall zum Beispiel, in dem bei der Erfassungseinheit 20 der
Widerstand R91 5kΩ,
der Widerstand R92 20kΩ und
das Erfassungsbezugspotential V1 2,5V beträgt, wird der Mittelwert von
0V auf 0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal SS wird dann durch
die nicht-invertierende Verstärkungsschaltung verstärkt und dessen
Mittelwert wird in dem Fall, in dem die nicht-invertierende Verstärkungsschaltung
eine fünffache
Verstärkung
besitzt, auf 2,5V heraufgesetzt.
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Das
Ausgabesignal SC wird über
die Ausgabeübertragungsleitung 53 zu
der Erfassungseinheit 20 übertragen, sodaß der Mittelwert
des Ausgabesignals SC mit der Sinusschwingung durch Widerstände R95, R96
und das Erfassungsbezugspotential VI geändert wird. Das Ausgabesignal
wird dann durch eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung einschließlich Widerständen R97,
R98 und einem Operationsverstärker 94 verstärkt. Falls
zum Beispiel bei der Erfassungseinheit 20 der Widerstand
R95 5kΩ,
der Widerstand R96 20kΩ und
das Erfassungsbezugspotential V1 2,5V beträgt, wird der Mittelwert von
0V auf 0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal SC wird dann durch
die nicht-invertierende Verstärkungsschaltung
verstärkt
und falls die nicht-invertierende Verstärkungsschaltung eine fünffache
Verstärkung
besitzt, wird der Mittelwert auf 2,5 V heraufgesetzt.
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Die
verstärkten
Ausgabesignale SS und SC werden durch einen Analog-Digital-Wandler 29,
der eine bekannte Empfangseinheit ist, empfangen und in digitale
Werte umgewandelt. Die Zentraleinheit (CPU) 22 berechnet
den Drehwinkel θ des
Rotors auf der Grundlage der digitalen Werte.
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Wenn
jedoch gemäß der vorstehend
erläuterten
bekannten Winkelerfassungseinrichtung 9 der Drehwinkel θ des Rotors
Null Grad beträgt,
wird SINθ zu
Null, sodaß eine
Amplitude D·SINθ des Ausgabesignals SS
ebenfalls Null ergibt. Das heißt,
das Ausgabesignal SS wird Null Volt. In diesem Fall kann eine Erfassung eines
Kurzschlusses zwischen der Ausgabeübertragungsleitung 52 zum Übertragen
des Ausgabesignals SS und der Bezugspotentialleitung 54 unmöglich werden.
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Weiterhin
kann ein Fall eintreten, bei dem der Wert des Ausgabesignals SS
der gleiche sein kann wie der Wert des Ausgabesignals SC, abhängig von
einem Drehwinkel θ des
Rotors. In diesem Fall kann eine Erfassung eines Kurzschlusses zwischen
den zwei Ausgabesignal-Übertragungsleitungen
ebenso unmöglich werden.
In dem Fall, in dem die Meßeinheit
mit einer Vielzahl von Paaren aus der Erregungsspule und der Sekundärspule ausgestattet
ist, gilt weiterhin, daß Ausgabesignale
auf jeweiligen mehreren Ausgabeübertragungsleitungen
mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zueinander gleich sein können, sodaß ein Kurzschluß zwischen
den Ausgabeübertragungsleitungen
nicht richtig erfaßt
werden kann. Aus
US-Patent 6121769 ist
eine Bestimmung einer Fehlfunktion auf Grund eines Kurzschlusses
auf der Grundlage der Differenz zwischen zwei Ausgabespannungen
bekannt.
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Die
vorliegende Erfindung ist daher vorgesehen, eine verbesserte Winkelerfassungseinrichtung
zu bilden, die einen Kurzschluß zwischen
einer Ausgabeübertragungsleitung
und einer Bezugspotentialleitung und einen Kurzschluß zwischen
Ausgabeübertragungsleitungen
unabhängig
von einem Drehwinkel θ eines
Rotors sicher erfassen kann.
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Gemäß einem
Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung enthält eine Meßwert-Erfassungseinrichtung eine
Meßeinheit,
die eine Wicklungsspule besitzt, die ein Ausgabesignal entsprechend
einem gemessenen Wert und unabhängig
von einer Gleichstromkomponente erzeugen kann, eine Erfassungseinheit,
die eine Empfangseinheit zum Empfangen des Ausgabesignals und zum
Bestimmen des gemessenen Werts auf der Grundlage des durch die Empfangseinheit
empfangenen Ausgabesignals besitzt, eine Ausgabeübertragungsleitung zum Übertragen
des Ausgabesignals von der Meßeinheit
zu der Erfassungseinheit, eine Potentialverschiebungseinrichtung
zum Ändern
der Gleichstromkomponente des Ausgabesignals auf der Ausgabeübertragungsleitung,
und eine Fehlfunktions-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer
Fehlfunktion der Ausgabeübertragungsleitung
auf der Grundlage der Gleichstromkomponente des Ausgabesignals.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Winkelerfassungseinrichtung
als einer Meßwert-Erfassungseinrichtung
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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2 ein
Blockschaltbild zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer Winkelerfassungseinrichtung
als einer Meßwert-Erfassungseinrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein
Blockschaltbild zum Veranschaulichen einer Konfiguration einer bekannten
Winkelerfassungseinrichtung.
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Es
wird nachfolgend auf 1 verwiesen. Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist eine Winkelerfassungseinrichtung 1 mit
einer Meßeinheit 10 und
einer Erfassungseinheit 20 gebildet, die über eine
Erregungsleitung 61, Ausgabeübertragungsleitungen 62, 63, 64, 65 und
eine Bezugspotentialleitung 66 miteinander verbunden sind.
Die Meßeinheit 10 beherbergt
einen Drehmelder von der Art einer einphasigen Erregung und zweiphasigen
Ausgabe (das heißt,
ein erster Drehmelder), der ein Paar aus zwei Sekundärwicklungsspulen 13, 14 und
eine Erregungsspule 11 besitzt, und einen Drehmelder von
der gleichen Art (das heißt,
ein zweiter Drehmelder), der ein Paar aus zwei Sekundärwicklungsspulen 15, 16 und
eine Erregungsspule 12 besitzt. Die Erregungsspule 11 ist
bei einem Rotor (nicht gezeigt), der relativ zu den Sekundärspulen 13, 14 drehbar
ist, befestigt und die Erregungsspule 12 ist bei einem
Rotor (nicht gezeigt), der relativ zu den Sekundärspulen 15 und 16 drehbar
ist, befestigt.
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Die
einen Enden der jeweiligen Erregungsspulen 11 und 12 sind
bei der Meßeinheit 10 miteinander verbunden
und sind über
die Erregungsleitung 61 mit einer Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21,
die bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, verbunden.
Die Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 ist mit der
Zentraleinheit (CPU) 22, die bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, verbunden, um einen Befehl von der Zentral einheit (CPU) 22 zu
empfangen. Die anderen Enden der jeweiligen Erregungsspulen 11 und 12 sind über die
Bezugspotentialleitung 66 mit einem Masseanschluß GND der
Erfassungseinheit 20 verbunden. Außerdem sind die einen Enden
der jeweiligen Sekundärspulen 13, 14, 15 und 16 mit
den Ausgabeübertragungsleitungen 62, 63, 64 und 65,
die sich alle bis in die Erfassungseinheit 20 erstrecken,
verbunden, um von den Spulen 13, 14, 15 und 16 ausgegebene
jeweilige Ausgabesignale unabhängig
zu der Erfassungseinheit 20 übertragen zu können. Die
anderen Enden der Sekundärspulen 13, 14, 15 und 16 sind über die
Bezugspotentialleitung 66 mit dem Masseanschluß GND verbunden.
Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird durch Verbinden der Bezugspotentialleitung 66 mit
dem Masseanschluß GND
ein Ausgabebezugspotential auf Null Volt gesetzt.
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Ein
Wechselstrom-Erregungssignal EX, das durch die Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 auf der
Grundlage des Befehls von der Zentraleinheit (CPU) 22 erzeugt
wird, wird zu der Erregungsspule 11 des ersten Drehmelders
und der Erregungsspule 12 des zweiten Drehmelders übertragen.
An die Erregungsspule 11 wird das sinusförmige Erregungssignal
EX angelegt, um elektrisch erregt zu werden. Ansprechend auf die elektrische
Erregung der Erregungsspule 11 werden dann bei den Sekundärspulen 13 und 14 des
ersten Drehmelders Ausgabesignale US und UC induziert. Ansprechend
auf die elektrische Erregung der Erregungsspule 12 werden
in der gleichen Weise Ausgabesignale LS und LC bei den Sekundärspulen 15 und 16 des
zweiten Drehmelders induziert.
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Jedes
Ausgabesignal US und UC ist sinusförmig, wobei ein Mittelwert
(das heißt,
eine Gleichstromkomponente) Null Volt beträgt und Amplitudenkoeffizienten
SINθ1 und
COSθ1 einem
Drehwinkel θ1
des Rotors entsprechen. Das Ausgabesignal US wird mit „A·SINθ1·SINωt" bezeichnet und das
Ausgabesignal UC wird mit „A·COSθI·SINωt" bezeichnet. Jedes
der Ausgabesignale LS und LC ist sinusförmig und deren Mittelwerte
(das heißt,
eine Gleichstromkomponente) betragen Null Volt und deren Amplitudenkoeffizienten
SINθ2 und
COSθ2 entsprechen
einem Drehwinkel θ2
des Ro tors. Das Ausgabesignal LS wird mit „B·SINθ2·SINωt" und das Ausgabesignal LC wird mit „B·COSθ2·SINωt" bezeichnet.
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Das
Ausgabesignal US wird über
ein erstes Widerstandselement R11 (das heißt, eine Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 62,
ein zweites Widerstandselement R21 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, einen
Verbindungspunkt A und einen Operationsverstärker 23 verstärkt. Der
Verbindungspunkt A ist mit einem Widerstand R22 und einem Erfassungsbezugspotential
V1 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) verbunden. Der Operationsverstärker 23 bildet
eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung
zusammen mit Widerstandselementen R23 und R24. Das Ausgabesignal
UC wird über
ein erstes Widerstandselement R12 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 63,
ein zweites Widerstandselement R25 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, einen
Verbindungspunkt B und einen Operationsverstärker 24 verstärkt. Der
Verbindungspunkt B ist mit einem Widerstand R26 und dem Erfassungsbezugspotential
V1 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) verbunden. Der Operationsverstärker 24 bildet
eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung
zusammen mit Widerstandselementen R27 und R28.
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Das
Ausgabesignal LS wird über
ein erstes Widerstandselement R13 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 64,
ein zweites Widerstandselement R29 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, einen
Verbindungspunkt C und einen Operationsverstärker 25 verstärkt. Der
Verbindungspunkt C ist mit einem Widerstand R30 und dem Erfassungsbezugspotential
V1 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) verbunden. Der Operationsverstärker 25 bildet
eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung
zusammen mit Widerstandselementen R31 und R32. Das Ausgabesignal
LC wird über
ein erstes Widerstandselement R14 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 65,
ein zweites Widerstandselement R33 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, einen
Verbindungspunkt D und einen Operationsverstärker 26 verstärkt. Der
Verbindungspunkt D ist mit einem Widerstand R34 und dem Erfassungsbezugspotential
V1 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) verbunden. Der Operationsverstärker 26 bildet
zusammen mit Widerstandselementen R35 und R36 eine nicht-invertierende Verstärkungsschaltung.
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Die
verstärkten
Ausgabesignale US, UC, LS und LC werden durch einen Analog-Digital-Wandler
29 als
eine Empfangseinheit empfangen und dadurch in digitale Werte umgewandelt.
Die Zentraleinheit (CPU)
22 berechnet den Drehwinkel θ1 des Rotors
für den
ersten Drehmelder und den Drehwinkel θ2 des Rotors für den zweiten
Drehmelder in Bezug auf die digitalen Werte. Die Zentraleinheit
(CPU)
22 berechnet weiter eine Summe aus jedem Ausgabesignal
US, UC, LS und LC für
eine konstante Zeit und berechnet einen Mittelwert von jedem Ausgabesignal.
Daher kann die Zentraleinheit (CPU)
22 eine Änderung
des Mittelwerts von jedem Ausgabesignal US, UC, LS und LC überwachen: TABELLE 1
Bezugszeichen | Wert |
R11 | 1kΩ |
R12 | 2kΩ |
R13 | 3kΩ |
R14 | 4kΩ |
R21 | 4kΩ |
R25 | 3kΩ |
R29 | 2kΩ |
R33 | 1kΩ |
R22,
R24, R26, R28,
R30, R32, R34, R36 | 20kΩ
20kΩ |
R23,
R27, R31, R35 | 5kΩ |
V1 | 2,5V |
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Tabelle
1 zeigt einen vorbestimmten Widerstandswert von jedem Widerstand
R11 bis R14, R21 bis R36 und einen Wert des Erfassungsbezugspotentials
V1.
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Eine
Signalübertragung
unter einer normalen Bedingung, bei der kein Kurzschluß bei jeder
Ausgabeübertragungsleitung 62, 63, 64 und 65 gegeben
ist, wird als nächstes
erläutert.
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Die
Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 überträgt das Erregungssignal EX ansprechend
auf den Befehl von der Zentraleinheit (CPU) 22 zu den Erregungsspulen 11 und 12.
Die Ausgabesignale US und UC, die beide dem Drehwinkel 81 des
Rotors für
den ersten Drehmelder entsprechen, werden ansprechend auf die elektrische
Erregung der Erregungsspule 11, an die das Erregungssignal
EX angelegt wird, bei den Sekundärspulen 13 bzw. 14 induziert.
Die Ausgabesignale LS und LC, die beide dem Drehwinkel 82 des
Rotors für
den zweiten Drehmelder entsprechen, werden ansprechend auf die elektrische
Erregung der Erregungsspule 12, an die das Erregungssignal
EX angelegt wird, bei den Sekundärspulen 15 bzw. 16 induziert.
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Der
Mittelwert des Ausgabesignals US ändert sich, wenn das Ausgabesignal
US über
das erste Widerstandselement R11, das zweite Widerstandselement
R21, den Widerstand R22 und das Erfassungsbezugspotential V1 gelangt.
Der Mittelwert des sinusförmigen
Ausgabesignals US beträgt
zwischen der Sekundärspule 13 und
dem ersten Widerstandselement R11 Null Volt, wird auf der Ausgabeübertragungsleitung 62 auf
0,4V und zwischen dem zweiten Widerstandselement R21 und dem Operationsverstärker 23 auf
0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal US wird dann durch den Operationsverstärker 23 zusammen
mit den Widerständen
R23 und R24 verstärkt,
sodaß sein
Mittelwert auf 2,5V heraufgesetzt wird.
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Der
Mittelwert des Ausgabesignals UC ändert sich, wenn das Ausgabesignal
UC über
das erste Widerstandselement R12, das zweite Widerstandselement
R25, den Widerstand R26 und das Erfassungsbezugspotential V1 gelangt.
Der Mittelwert des sinusförmigen
Ausgabesignals UC beträgt
zwischen der Sekundärspule 14 und
dem Widerstandselement R12 Null Volt, wird auf der Ausgabeübertragungsleitung 63 auf
0,3V und zwischen dem zweiten Widerstandselement R25 und dem Operationsverstärker 24 auf
0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal UC wird durch den Operationsverstärker 24 zusammen
mit den Widerständen
R27 und R28 verstärkt,
sodaß sein
Mittelwert auf 2,5V heraufgesetzt wird.
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Der
Mittelwert des Ausgabesignals LS ändert sich, wenn das Ausgabesignal
LS über
das erste Widerstandselement R13, das zweite Widerstandselement
R29, den Widerstand R30 und das Erfassungsbezugspotential V1 gelangt.
Der Mittelwert des sinusförmigen
Ausgabesignals LS beträgt
zwischen der Sekundärspule 15 und
dem ersten Widerstandselement R13 Null Volt, wird auf der Ausgabeübertragungsleitung 64 auf
0,2V und zwischen dem zweiten Widerstandselement R29 und dem Operationsverstärker 25 auf
0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal LS wird durch den Operationsverstarker 25 zusammen
mit den Widerständen
R31 und R32 verstärkt,
sodaß sein
Mittelwert auf 2,5V heraufgesetzt wird.
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Der
Mittelwert des Ausgabesignals LC ändert sich, wenn das Ausgabesignal
LC über
das erste Widerstandselement R14, das zweite Widerstandselement
R33, den Widerstand R34 und das Erfassungsbezugspotential V1 gelangt.
Der Mittelwert des sinusförmigen
Ausgabesignals LC beträgt
zwischen der Sekundärspule 16 und
dem ersten Widerstandselement R14 Null Volt, wird auf der Ausgabeübertragungsleitung 65 auf
0,1V und zwischen dem zweiten Widerstandselement R33 und dem Operationsverstärker 26 auf
0,5V heraufgesetzt. Das Ausgabesignal LC wird durch den Operationsverstarker 26 zusammen
mit den Widerständen
R35 und R36 verstärkt,
sodaß sein
Mittelwert auf 2,5V heraufgesetzt wird.
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Wie
vorstehend erläutert,
wird jedes der Ausgabesignale US, UC, LS und LC sinusförmig sein
und deren Mittelwerte betragen 2,5V, wenn bei jeder der Ausgabeübertragungsleitungen 62, 63, 64 und 65 kein
Kurzschluß gegeben
ist.
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Als
nächstes
wird die Änderung
der Mittelwerte der Ausgabesignale bei einem Kurzschluß der Ausgabeübertragungsleitungen
erläutert.
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Wenn
die Ausgabeübertragungsleitung 62 zum Übertragen
des Ausgabesignals US und die Ausgabeübertragungsleitung 63 zum Übertra gen
des Ausgabesignals UC dazwischen kurzgeschlossen sind, beträgt ein Potential
bei dem kurzgeschlossenen Abschnitt 0,344 Volt. Der Mittelwert des
Ausgabesignals US wird bei dem Verbindungspunkt A auf 0,447 Volt
geändert.
Das Ausgabesignal US wird dann durch den Operationsverstärker 23 verstärkt, sodaß dessen
Mittelwert 2,24 Volt betragen wird. Der Mittelwert des Ausgabesignals
UC beträgt
bei dem Verbindungspunkt B 0,540 Volt. Das Ausgabesignal UC wird
dann durch den Operationsverstärker 24 verstärkt, sodaß dessen
Mittelwert 2,70 Volt betragen wird.
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Wenn
weiterhin zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
62 zum Übertragen
des Ausgabesignals US und der Bezugspotentialleitung
66 ein
Kurzschluß entsteht,
wird das Potential bei dem kurzgeschlossenen Abschnitt Null Volt.
Der Mittelwert des Ausgabesignals US wird bei dem Verbindungspunkt
A zu 0,119 Volt. Das Ausgabesignal US wird dann durch den Operationsverstärker
23 verstärkt, sodaß dessen
Mittelwert 0,6 Volt betragen wird. TABELLE 2
| | Andere kurzgeschlossene
Übertragungsleitung |
|
Ausgabesignal | Ausgabeübertragungsleitung | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 |
US | 62 | - | 2,24 | 1,89 | 1,39 | 0,60 |
UC | 63 | 2,70 | - | 2,23 | 1,84 | 1,14 |
LS | 64 | 2,81 | 2,68 | - | 2,22 | 1,63 |
LC | 65 | 2,78 | 2,72 | 2,65 | - | 2,09 |
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Tabelle
2 erläutert
die Änderung
der Mittelwerte der Ausgabesignale gemäß einiger beispielhafter Paare
von kurzgeschlossenen Ausgabeübertragungsleitungen
und einiger beispielhafter Paare aus der kurzgeschlossenen Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung. Wenn der Mittelwert von jedem Ausgabesignal
US, UC, LS und LC, der durch die Zentraleinheit (CPU) 22 ständig überwacht
worden ist, wie vorstehend erläutert
schwankt, beurteilt die Zentraleinheit (CPU) 22 (das heißt, eine
Fehlfunktions-Erfassungseinrichtung), daß die Ausgabeübertragungsleitungen
den Kurzschlußbedingungen
unterliegen.
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Wie
vorstehend erläutert,
wenn zwischen den Ausgabeübertragungsleitungen
der Kurzschluß auftritt, ändern sich
die Mittelwerte der verstärkten
Ausgabesignale unabhängig
davon, welche Ausgabeübertragungsleitungen
kurzgeschlossen sind. Wo auch immer der Kurzschluß auftritt,
wie etwa zwischen den Ausgabeübertragungsleitungen,
zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung und dergleichen, kann daher gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung jeder Kurzschluß ungeachtet der gemessenen
Werte der Drehwinkel θ1
und θ2
der Rotoren erfaßt
werden, indem der Mittelwert von jedem Ausgabesignal durch die Zentraleinheit
(CPU) 22 ständig überwacht
wird.
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Gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden die Potentiale von jeder Ausgabeübertragungsleitung 62, 63, 64 und 65 voneinander
verschieden eingestellt, um den Kurzschluß zwischen den Ausgabeübertragungsleitungen
zu erfassen. Wenn daher lediglich der Kurzschluß zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung erfaßt werden muß, kann
der Widerstandswert von jedem ersten Widerstandselement R11, R12,
R13 und R14 zueinander gleich eingestellt werden und die zweiten
Widerstandselemente R21, R25, R29 und R33 können von der Erfassungseinheit 20 entfernt
werden.
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Als
nächstes
wird eine Winkelerfassungseinrichtung 2 gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Dabei sind die gleichen Elemente wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel mit
den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und auf eine weitere Erläuterung
wird der Einfachheit halber verzichtet.
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Wie
in 2 veranschaulicht, sind in der gleichen Weise
wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung die einen Enden der Erregungsspulen 11 und 12 bei
der Meßeinheit 10 miteinander verbunden
und sind über
eine Erregungsleitung 71 mit der Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21,
die bei der Erfassungseinheit untergebracht ist, verbunden. Die
anderen Enden der Erregungsspulen 11 und 12 sind über eine
auf Masse gelegte Leitung 77 mit dem Masseanschluß GND, der
bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht ist, verbunden.
Die einen Enden der Sekundärspulen 13, 14, 15 und 16 sind
mit Ausgabeübertragungsleitungen 72, 73, 74 und 75 verbunden,
um die von den Sekundärspulen
ausgegebenen Ausgabesignale zu der Erfassungseinheit 20 zu übertragen.
Die anderen Enden der Sekundärspulen 13, 14, 15 und 16 sind über eine
Bezugspotentialleitung 76 mit einem Ausgabebezugspotential
V0 verbunden.
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Das
Ausgabesignal US, dessen Amplitudenkoeffizient ein Sinuswert entsprechend
dem Drehwinkel 191 des Rotors für den ersten Drehmelder ist,
wird ansprechend auf eine elektrische Erregung der Erregungsspule 11 in
der Sekundärspule 13 induziert,
wenn das Erregungssignal EX an die Erregungsspule 11 angelegt wird.
Das Ausgabesignal US wird über
ein erstes Widerstandselement R15 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 72 und
einen Operationsverstärker 33 (das
heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung), der bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, zu dem Analog-Digital-Wandler 29 übertragen. Der Operationsverstärker 33 bildet
zusammen mit dem ersten Widerstandselement R15 und einem dritten
Widerstandselement R45 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) eine invertierende Verstärkungsschaltung.
Ein positiver Eingang (nicht-invertierender
Eingang) des Operationsverstärkers 33 ist
mit einem Verstärkungsbezugspotential
V2 verbunden.
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Das
Ausgabesignal UC, dessen Amplitudenkoeffizient ein Kosinuswert entsprechend
dem Drehwinkel θ1
des Rotors für
den ersten Drehmelder ist, wird ansprechend auf eine elektrische
Erregung der Erregungsspule 11 in der Sekundärspule 14 induziert,
wenn das Erregungssignal EX an die Erregungsspule 11 angelegt wird.
Das Ausgabesignal UC wird über
ein erstes Widerstandselement R16 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 73,
und einen Operationsverstärker 34 (das
heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung), der bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, zu dem Analog-Digital-Wandler 29 übertragen. Der Operationsverstärker 34 bildet
zusammen mit dem ersten Widerstandselement R16 und einem dritten
Widerstandselement R46 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) eine invertierende Verstärkungsschaltung.
Ein positiver Eingang (nicht-invertierender
Eingang) des Operationsverstärkers 34 ist
mit einem Verstärkungsbezugspotential
V3 verbunden.
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Das
Ausgabesignal LS, dessen Amplitudenkoeffizient ein Sinuswert entsprechend
dem Drehwinkel θ2 des
Rotors für
den zweiten Drehmelder ist, ansprechend auf eine elektrische Erregung
der Erregungsspule 12 in der Sekundärspule 15 induziert,
wenn das Erregungssignal EX an die Erregungsspule 12 angelegt
wird. Das Ausgabesignal LS wird über
ein erstes Widerstandselement R17 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 74,
und einen Operationsverstärker 35 (das
heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung), der bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, zu dem Analog-Digital-Wandler 29 übertragen. Der Operationsverstärker 35 bildet
zusammen mit dem ersten Widerstandselement R17 und einem dritten
Widerstandselement R47 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) eine invertierende Verstärkungsschaltung.
Ein positiver Eingang (nicht-invertierender Eingang)
des Operationsverstärkers 35 ist
mit einem Verstärkungsbezugspotential
V4 verbunden.
-
Das
Ausgabesignal LC, dessen Amplitudenkoeffizient ein Kosinuswert entsprechend
dem Drehwinkel θ2
des Rotors für
den zweiten Drehmelder ist, wird ansprechend auf eine elektrische
Erregung der Erregungsspule 12 in der Sekundärspule 16 induziert,
wenn das Erregungssignal EX an die Erregungsspule 12 angelegt wird.
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Das
Ausgabesignal LC wird über
ein erstes Widerstandselement R18 (das heißt, die Potentialverschiebungseinrichtung),
das bei der Meßeinheit 10 untergebracht
ist, die Ausgabeübertragungsleitung 75,
und einen Operationsverstärker 36 (das
heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung), der bei der Erfassungseinheit 20 untergebracht
ist, zu dem Analog-Digital-Wandler 29 übertragen.
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Der
Operationsverstärker
36 bildet
zusammen mit dem ersten Widerstandselement R18 und einem dritten
Widerstandselement R48 (das heißt,
die Potentialverschiebungseinrichtung) eine invertierende Verstärkungsschaltung.
Ein positiver Eingang (nicht-invertierender
Eingang) des Operationsverstärkers
36 ist
mit einem Verstärkungsbezugspotential
V5 verbunden. TABELLE 3
Bezugszeichen | Wert |
R15,
R16, R17, R18 | 1kΩ |
R45,
R46, R47, R48 | 5kΩ |
V0 | 2,5V |
V2 | 2,6V |
V3 | 2,55V |
V4 | 2,45V |
V5 | 2,4V |
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Tabelle
3 zeigt einen Widerstandswert von jedem ersten Widerstandselement
R15 bis R18, einen Widerstandswert von jedem dritten Widerstandselement
R45 bis R48, einen Wert des Ausgabebezugspotentials V0 und einen
Wert von jedem Verstärkungsbezugspotential
V2 bis V5.
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Als
nächstes
wird eine Signalübertragung
unter einer Normalbedingung, bei der bei keiner der Ausgabeübertragungsleitungen 72, 73, 74 und 75 ein
Kurzschluß gegeben
ist, erläutert.
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Das
Erregungssignal EX wird auf der Grundlage des Befehls von der Zentraleinheit
(CPU) 22 von der Erregungssignal-Erzeugungsschaltung 21 zu
den Erregungsspulen 11 und 12 übertragen. Die Ausgabesignale
US und UC, die beide dem Drehwinkel θ1 des Rotors für den ersten
Drehmelder entsprechen, werden ansprechend auf die elektrische Erregung
der Erregungsspule 11 jeweils in den Sekundärspulen 13 und 14 induziert,
wenn an die Erregungsspule 11 das Erregungssignal EX angelegt
wird. Die Ausgabesignale LS und LC, die beide dem Drehwinkel θ2 des Rotors
für den
zweiten Drehmelder entsprechen, werden ansprechend auf die elektrische
Erregung der Erregungsspule 12 jeweils in den Sekundärspulen 15 und 16 induziert,
wenn das Erregungssignal EX an die Erregungsspule 12 angelegt
wird.
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Das
sinusförmige
Ausgabesignal US wird bei Durchlaufen der invertierenden Verstärkungsschaltung des
ersten Widerstandselements R15, des zweiten Widerstandselements
R45 und des Operationsverstärkers 33 verstärkt und
dadurch wird der Mittelwert des Ausgabesignals US dann auf 3,1 Volt
heraufgesetzt. In diesem Fall wird der Mittelwert des Ausgabesignals
US auf der Ausgabeübertragungsleitung 72 durch
das Verstärkungsbezugspotential
V2 und den Operationsverstärker 33 auf
2,6 Volt heraufgesetzt. Das Ausgabesignal UC wird bei Durchlaufen
der invertierenden Verstärkungsschaltung
des ersten Widerstandselements R16, des zweiten Widerstandselements
R46 und des Operationsverstärkers 34 verstärkt und
dadurch wird der Mittelwert des Ausgabesignals UC dann auf 2,8 Volt
heraufgesetzt. In diesem Fall wird der Mittelwert des Ausgabesignals
UC auf der Ausgabeübertragungsleitung 73 durch
das Verstärkungsbezugspotential
V3 und den Operationsverstarker 34 auf 2,55 Volt heraufgesetzt.
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Das
Ausgabesignal LS wird bei Durchlaufen der invertierenden Verstärkungsschaltung
des ersten Widerstandselements R17, des zweiten Widerstandselements
R47 und des Operationsverstärkers 35 verstärkt und
dadurch wird der Mittelwert des Ausgabesignals LS auf 2,2 Volt heraufgesetzt.
In diesem Fall wird der Mittelwert des Ausgabesignals LS auf der
Ausgabeübertragungsleitung 74 durch
das Verstärkungsbezugspotential
V3 und den Operationsver stärker 35 auf
2,45 Volt heraufgesetzt. Das Ausgabesignal LC wird bei Durchlaufen
der invertierenden Verstärkungsschaltung
des ersten Widerstandselements R18, des zweiten Widerstandselements
R48 und des Operationsverstärkers 36 verstärkt und
dadurch wird der Mittelwert des Ausgabesignals LC auf 1,9 Volt heraufgesetzt.
In diesem Fall wird der Mittelwert des Ausgabesignals LC auf der
Ausgabeübertragungsleitung 75 durch
das Verstärkungsbezugspotential
V4 und den Operationsverstärker 36 auf 2,4
Volt heraufgesetzt.
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Wie
vorstehend erläutert,
wenn auf keiner der Ausgabeübertragungsleitungen
ein Kurzschluß gegeben
ist, ist jedes der Ausgabesignale US, UC, LS und LC sinusförmig und
deren Mittelwerte betragen 3,1 Volt, 2,8 Volt, 2,2 Volt und 1,9
Volt.
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Die
Winkelerfassungseinrichtung 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
enthält
die invertierenden Verstärkungsschaltungen,
die sich zwischen der Meßeinheit 10 und
der Erfassungseinheit 20 erstrecken. Wenn daher zwischen
den Ausgabeübertragungsleitungen,
zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung oder dergleichen ein Kurzschluß auftritt,
werden ein Potential des positiven Eingangs (nicht-invertierender
Eingang) des Operationsverstärkers
und ein Potential eines negativen Eingangs (invertierender Eingang)
des Operationsverstärkers
unsymmetrisch, das heißt,
ein Potential des positiven Eingangs des Operationsverstärkers wird
weitgehend gleich einem Potential des negativen Eingangs des Operationsverstärkers. In
diesem Fall wird der Mittelwert von jedem verstärkten Ausgabesignal fünf Volt,
was ein oberer Schwellenwert ist, der von dem Operationsverstärker ausgegeben
werden kann, Null Volt, was ein unterer Schwellenwert ist, der von
dem Operationsverstärker
ausgegeben werden kann, oder ein Wert, der zwischen Null Volt und
fünf Volt
hin- und herpendelt. Das heißt,
der Mittelwert von jedem Ausgabesignal unter der Kurzschlußbedingung
unterscheidet sich von dem Mittelwert von jedem Ausgabesignal unter
einer Normalbedingung. Wo auch immer der Kurzschluß auftritt,
wie etwa zwischen den Ausgabeübertragungsleitungen,
zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung oder dergleichen, kann daher der Kurzschluß ungeachtet
der Drehwinkel θ1
und θ2
des Rotors für
den ersten und zweiten Drehmelder wirksam erfaßt werden, indem die Änderung
des Mittelwerts von jedem Ausgabesignal durch die Zentraleinheit
(CPU) 22 ständig überwacht
wird.
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Gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung werden die Potentiale der Ausgabeübertragungsleitungen
voneinander verschieden eingestellt, um den Kurzschluß zwischen
den Ausgabeübertragungsleitungen
zu erfassen. Wenn daher lediglich der Kurzschluß zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung erfaßt werden muß, kann
der Spannungswert von jeder Verstärkungsbezugsspannung V2, V3,
V4 und V5 auf den gleichen Wert eingestellt werden.
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Gemäß den vorstehend
erläuterten
bevorzugten Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Winkelerfassungseinrichtung mit
den zwei Paaren der Erregungsspule und der Sekundärspule gebildet. Alternativ
kann die Winkelerfassungseinrichtung mit einem Paar aus der Erregungsspule
und der Sekundärspule
gebildet werden, wobei der Kurzschluß zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und Bezugspotentialleitung zuverlässig erfaßt werden kann. Weiterhin kann
die Winkelerfassungseinrichtung mit drei Paaren aus der Erregungsspule
und der Sekundärspule
gebildet werden, wobei der Kurzschluß zwischen den Ausgabeübertragungsleitungen
und der Kurzschluß zwischen
der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung in der gleichen Weise wie bei dem
ersten und zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zuverlässig erfaßt werden kann.
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Das
erläuterte
bevorzugte Muster mit den Widerstandswerten und den bevorzugten
Potentialwerten gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist lediglich ein Beispiel. Durch Anwenden
von irgendwelchen anderen Mustern aus den Widerstandswerten und
den Potentialwerten kann daher die vorliegende Erfindung ebenso
ausgeführt
werden, so weit die Mittelwerte der Ausgabesignale voneinander verschieden
sind.
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Die
Winkelerfassungseinrichtung gemäß den Aüsführüngsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann bei einer Drehmomenterfassungseinrichtung
mit einem bekannten Aufbau angewendet werden.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Winkelerfassungseinrichtung mit
dem Drehmelder von der Art der einphasigen Erregung und zweiphasigen
Ausgabe (einphasig/zweiphasig) gebildet. Durch eine andere Winkelerfassungseinrichtung,
die mit einem Drehmelder von der Art einer zweiphasigen Erregung
und einphasigen Ausgabe (zweiphasig/einphasig) gebildet ist, können alternativ
die gleichen Wirkungen erzielt werden.
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Gemäß den Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung ist die Winkelerfassungseinrichtung mit
dem Drehmelder gebildet. Alternativ kann eine Meßwert-Erfassungseinrichtung,
deren Wicklungsspule Rechteckschwingungen ausgibt, ebenfalls angewendet
werden, so weit ein Meßwert
auf der Grundlage eines Zyklus der Rechteckschwingung berechnet
wird und ein Mittelwert der Rechteckschwingung verschoben werden
kann.
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Wie
vorstehend erläutert,
ist die Meßwert-Erfassungseinrichtung
gemäß den Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung in der Lage, einen Kurzschluß zwischen
den Ausgabeübertragungsleitungen,
zwischen der Ausgabeübertragungsleitung
und der Bezugspotentialleitung oder dergleichen zuverlässig zu
erfassen.
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Bei
der vorangehenden Erläuterung
wurden die Prinzipien, die bevorzugten Ausführungsbeispiele und der Betriebsmodus
der vorliegenden Erfindung erläutert.
Die zu schützende
Erfindung ist jedoch nicht auf die besonderen Ausführungsbeispiele,
die offenbart worden sind, beschränkt. Die erläuterten
Ausführungsbeispiele
sind nicht als einschränkend
zu betrachten sondern lediglich als beispielhafte Veranschaulichung.
Abweichungen und Änderungen
können
vorgenommen und gleichwertiges angewendet werden, ohne vom Schutzbereich
der vorliegenden Erfindung, die bei den angehängten Patentansprüchen festgelegt
ist, abzuweichen.