WO2023016804A1 - Device and method for determining an angular position of a rotatably mounted object - Google Patents

Device and method for determining an angular position of a rotatably mounted object Download PDF

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WO2023016804A1
WO2023016804A1 PCT/EP2022/071057 EP2022071057W WO2023016804A1 WO 2023016804 A1 WO2023016804 A1 WO 2023016804A1 EP 2022071057 W EP2022071057 W EP 2022071057W WO 2023016804 A1 WO2023016804 A1 WO 2023016804A1
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encoder
sensor
pulse
angular position
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PCT/EP2022/071057
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Inventor
Günther Scharnagel
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Zf Friedrichshafen Ag
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Publication date
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/142—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices
    • G01D5/145—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields

Definitions

  • the present invention relates to a device for determining an angular position of a rotatably mounted object and to a method for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • Conventional angular position transmitters in particular analog angular position transmitters, such as resolvers or the like, can supply an absolute angle of rotation, which can be available at the moment the device is switched on. Analog signals are used here.
  • the present invention creates an improved device for determining an angular position of a rotatably mounted object and an improved method for determining an angular position of a rotatably mounted object according to the main claims.
  • Advantageous configurations result from the dependent claims and the following description.
  • a sensor wheel with two groups of sensor elements of different numbers can be used in connection with one speed sensor per group.
  • an absolute rotation angle sensor device for dynamic operation can be provided, which can function, for example, as a rotor position sensor for electric motors or the like.
  • Digital signals can be provided using the speed sensors, which can be more reliable than analog signals
  • a reliable and cost-effective determination of an angular position of a rotatably mounted object can be achieved.
  • the determination can be cost-effective, for example, using simple speed sensors, which are already in series production in very large numbers.
  • robust digital sensor signals can be used to determine the angular position.
  • a device for determining an angular position of a rotatably mounted object has the following features: a sensor wheel that can be connected or is connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object, first sensor features and second sensor features being arranged along a circumference of the sensor wheel, with a number of the first Transmitter features and a number of the second transmitter features differ from one another; and a first speed sensor and a second speed sensor, the first speed sensor being configured to provide a first pulse in response to passing each of the first encoder features, the second speed sensor being configured to provide a first pulse in response to passing each of the two ten encoder features to provide a second pulse.
  • the angular position can also be referred to as an absolute angle of rotation or an absolute rotary position.
  • the rotatably mounted object can be designed, for example, as a rotor of an electric motor or as another rotating body.
  • the transmitter features can also be referred to as transmitter elements.
  • the encoder features can be formed as teeth, grooves, or other encoder features.
  • a pulse can be a rising or falling edge of a pulse of a sensor signal from a speed sensor.
  • a pulse can be a square-wave pulse.
  • the first speed sensor can be designed to provide a first digital signal and the first pulse can represent a change between two discrete values of the first digital signal.
  • the second speed sensor can be designed to provide a second digital signal and the second pulse can represent a change between two discrete values of the second digital signal.
  • the device can also have an evaluation device.
  • the evaluation device can be designed to determine and use a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse the phase shift to determine the angular position. A time difference between the occurrence of the first pulse and the subsequent second pulse can be measured here.
  • the evaluation device can also be referred to as a control device.
  • the evaluation device can be designed as a microcontroller or the like. Such an embodiment offers the advantage that a simple, robust and precise determination of the angular position is made possible.
  • the evaluation device can be designed to determine the phase shift between a first pulse and a second pulse that directly follows the first pulse.
  • Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined particularly easily and precisely.
  • the evaluation device can be designed to determine the angular position using a determination rule.
  • the determination rule can include a mathematical expression and/or a look-up table. A relationship between the phase shift and the angular position can be established using the determination rule.
  • the determination rule can be matched to the sensor wheel used. Such an embodiment has the advantage that the angular position can be determined in a quick and uncomplicated manner.
  • a difference between the number of first encoder features and the number of second encoder features can be 1 or at least 2.
  • Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined easily, reliably and precisely in this way.
  • a difference of 2 can result in a phase shift between 0 degrees and 360 degrees over a mechanical twisting angle of 180 degrees.
  • the rotatably mounted object is, for example, a rotor of an electric motor with two pairs of poles.
  • first encoder features can be spaced evenly apart from one another with a first distance
  • second encoder features can have a second spaced evenly spaced apart.
  • first distance and the second distance can differ from one another.
  • first encoder features and the second encoder features can have identical dimensions.
  • a first sensor feature and a second sensor feature can be arranged in alignment with one another.
  • the zero position can also be referred to as an initial position of the transmitter wheel.
  • the speed sensors can be designed as digital sensors. Additionally or alternatively, the speed sensors can be designed to detect the encoder features using a magnetic detection principle. For example, the speed sensors can be designed as so-called Hall sensors with a digital output signal or the like. Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined in a robust and precise manner.
  • a method for determining an angular position of a rotatably mounted object is also presented, the method being carried out using a device which has a sensor wheel which can be or is connected to the rotatably mounted object, a first speed sensor and a second rotation - Has number sensor, first encoder features and second encoder features being arranged along a circumference of the encoder wheel, with a number of the first encoder features and a number of the second encoder features differing from one another, the first speed sensor being designed to respond to to provide a first pulse when each of the first encoder features is passed, the second speed sensor being designed to provide a second pulse in response to each of the second encoder features being passed, the method having the following steps: determining a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse; and
  • the method of determining may be performed using and/or in connection with an embodiment of the device presented herein.
  • the steps of the method for determining can be carried out by means of an evaluation device of the device.
  • the evaluation device can also be referred to as a control device.
  • a control device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function of them.
  • the control unit can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and/or software.
  • the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which the functions of the control device are implemented.
  • the interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
  • a computer program product with program code is also advantageous, which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method for determining when the program is on a computer or the device , In particular the evaluation device is executed.
  • Show it: 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object
  • FIG. 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining an angular position of a rotatably mounted object
  • FIG. 4 shows a schematic signal curve diagram of sensor signals during operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object
  • FIG. 6 shows a section of the transmitter wheel from FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a schematic phase diagram of sensor signals during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 100 for determining an angular position of a rotatably mounted object OBJ.
  • the object OBJ is, for example, a rotor of an electrical machine, for example an electric motor, or the like.
  • Device 100 includes a sensor wheel 102, a first speed sensor 110 and a second speed sensor 120.
  • the sensor wheel 102 is designed to be connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object OBJ.
  • sensor wheel 102 is connected in a rotationally fixed manner via a shaft to rotatably mounted object OBJ.
  • first encoder features 104 and second encoder features 106 are arranged along a perimeter or a lateral surface of encoder wheel 102.
  • the transmitter features 104, 106 can also be referred to as transmitter elements.
  • the encoder features 104, 106 are, for example, teeth, grooves or the like.
  • the sensor features 104, 106 are arranged circumferentially around the circumference or the lateral surface of the sensor wheel 102.
  • first sensor features 104 and a number of the second sensor features 106 differ from one another.
  • a different number of first encoder features 104 and second encoder features 106 are arranged along the circumference of encoder wheel 102 .
  • the first transmitter features 104 are arranged in a first partial section of the lateral surface and the second transmitter features 106 are arranged in a second partial section of the lateral surface.
  • the lateral surface is divided into the first section and the second section.
  • First speed sensor 110 and second speed sensor 120 are arranged adjacent to transmitter wheel 102, more precisely, adjacent to the circumference or lateral surface thereof.
  • First speed sensor 110 is configured to provide a first pulse in response to each of first encoder features 104 being passed.
  • first speed sensor 110 is designed to output a first sensor signal 115, with rising or falling edges of pulses of first sensor signal 115 representing the first pulses that are provided.
  • Second speed sensor 120 is configured to provide a second pulse in response to each of second encoder features 106 being passed.
  • second speed sensor 120 is designed to output a second sensor signal 125, with rising or falling edges of pulses of second sensor signal 125 representing the second pulses that are provided.
  • the speed sensors 110, 120 are designed as digital sensors, so that the sensor signals are digital signals. Additionally or alternatively, the speed sensors 110, 120 are designed to male 104, 106 using a magnetic detection principle.
  • the pulses of the first sensor signal 115 and of the second sensor signal 125 are, for example, square-wave pulses.
  • device 100 also includes an evaluation device 130.
  • Evaluation device 130 is connected to first speed sensor 110 and to second speed sensor 120 in a manner capable of transmitting signals.
  • the evaluation device 130 is designed to determine a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse and to determine the angular position using the phase shift.
  • the evaluation device 130 is designed to determine the angular position using the first sensor signal 115 and the second sensor signal 125 .
  • the evaluation device 130 is designed to determine the phase shift between a first pulse and a second pulse directly following the first pulse.
  • the evaluation device 130 is also designed to determine the angular position using a determination rule 132 .
  • the determination rule 132 includes, for example, a mathematical expression and/or a lookup table.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel 102 of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • the encoder wheel 102 corresponds to or is similar to the encoder wheel from FIG. 1 .
  • the sensor wheel 102 is shown in FIG. 2 in a plan view of one of its two end faces or end faces. Only three first transmitter features 104 of transmitter wheel 102 are shown in the illustration in FIG. A lateral surface 203 or the circumference of the transmitter wheel 102 is also explicitly identified.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of a method 300 for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • the method 300 for determining can be carried out using or in connection with the device from FIG. 1 or a similar device or is carried out under performed using or in connection with the same.
  • the method is thus carried out using a device which has a sensor wheel which can be connected or is connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object, a first rotational speed sensor and a second rotational speed sensor.
  • first sensor features and second sensor features are arranged along a circumference of the sensor wheel, with a number of the first sensor features and a number of the second sensor features differing from one another.
  • the first speed sensor is designed to provide a first pulse in response to each of the first sensor features being passed, with the second speed sensor being designed to provide a second pulse in response to each of the second sensor features being passed.
  • the method 300 for determining comprises a step 310 of determining and a step 320 of determining.
  • step 310 of determining a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse is determined.
  • the angular position is then determined in step 320 of determination using the phase shift and a determination rule.
  • FIG. 4 shows a schematic signal curve diagram 400 of sensor signals during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • the device for determining corresponds to or is similar to the device from FIG.
  • the time t is plotted on the abscissa axis of the signal curve diagram 400 and signal values y of the sensor signals are plotted on the ordinate axis of the signal curve diagram 400 .
  • the sensor signals are provided by the speed sensors of the device.
  • Four first pulses 415 and three second pulses 425 are drawn into signal curve diagram 400 by way of example only.
  • first pulses 415 and three second pulses 425 result, for example, in the course of a full revolution of the sensor wheel of the device, with the sensor wheel having four first sensor features and three second sensor features only by way of example.
  • the period duration T between the first pulses 415 is drawn in the signal curve diagram 400 by way of example between a first of the first pulses 415 and a second of the first pulses 415 .
  • a first time offset At1 or a first time difference between the first of the first pulses 415 and the first of the second pulses 425 and a second time offset At2 between the second of the first pulses 415 and a second of the second pulses 425 are merely examples drawn.
  • the phase shift can be determined using the evaluation device of the device from FIG. 1 or a similar device and/or by executing the method from FIG Angular position can be determined.
  • FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel 102 of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • the sensor wheel 102 corresponds to or is similar to the sensor wheel from FIG. 1 and/or FIG. 2.
  • FIG the second encoder features 106 are shown.
  • the first encoder features 104 here represent a first contour along the circumference of the encoder wheel 102 and the second encoder features 106 represent a second contour along the circumference of the encoder wheel 102.
  • the encoder wheel 102 according to the exemplary embodiment shown here comprises 60 first Sensor features 104 and 59 second sensor features 106.
  • the difference between the number of first sensor features 104 and the proportion of second sensor features 106 is 1. According to another exemplary embodiment, the difference is at least 2.
  • FIG. 6 shows a section of sensor wheel 102 from FIG. 5.
  • FIG. 6 shows a partial section of the circumference or the lateral surface of sensor wheel 102 with first sensor features 104 and second sensor features 106 in a plan view. In the representation of FIG. 6, only the two sensor features 104, 106 arranged in alignment with one another, which mark the predefined zero position of the sensor wheel 102, are again explicitly identified.
  • a height h of the circumference or the lateral surface of sensor wheel 102, a length I of each of sensor features 104, 106, which corresponds to half the height h according to the exemplary embodiment illustrated here, a width b of each of sensor features 104 , 106, a first distance a1 between each of the first sensor features 104 and a second distance a2 between each of the second sensor features 106 are drawn in.
  • the transmitter features 104 and 106 all have identical dimensions, more precisely an identical length l and width b and an identical depth.
  • the first encoder features 104 are evenly spaced from each other by the first distance a1.
  • the second encoder features 106 are evenly spaced from each other by the second distance a2.
  • the first distance a1 and the second distance a2 differ from each other.
  • FIG. 7 shows a schematic phase diagram 700 of sensor signals 115 and 125 during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
  • the device for determining corresponds or is similar to the device from FIG. 1 .
  • the mechanical angle of rotation cp of the sensor wheel of the device is plotted in degrees [°] on the abscissa axis of the phase diagram 700, and the phase shift Acp on the one hand and the signal values y of the sensor signals 115, 125 on the other hand are plotted on the ordinate axis, with the sensor signals 115 , 125 or their signal curves and a phase curve 701 are drawn into the phase diagram 700.
  • the device comprises the transmitter wheel 5 with 60 first transmitter features and 59 second transmitter features.
  • 60 first pulses and pulses of the first sensor signal 115 and 59 second pulses and pulses of the second sensor signal 124 are present.
  • the device 100 digital sensors 115, 125 such.
  • the difference in the numbers of the two encoder features 104, 106 or encoder elements, for example a difference in the number of teeth, can also be 2 or more. A difference of 2 results in a phase shift Acp between 0° and 360° over a mechanical angle of rotation cp of 180°. This can be advantageous if the device equipped with the device 100 is, for example, an electric motor with 2 pole pairs.

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Abstract

The invention relates to a device (100) for determining an angular position of a rotatably mounted object (OBJ), comprising an encoder wheel (102) which is connectable or connected to the rotatably mounted object (OBJ) for conjoint rotation. First encoder features (104) and second encoder features (106) are arranged along a circumference of the encoder wheel (102), wherein a number of the first encoder features (104) and a number of the second encoder features (106) differ from one another. The device (100) also comprises a first speed sensor (110) and a second speed sensor (120). The first speed sensor (110) is designed to provide a first pulse in response to each of the first encoder features (104) passing. The second speed sensor (120) is designed to provide a second pulse in response to each of the second encoder features (106) passing.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelager- ten Objekts Device and method for determining an angular position of a rotatably mounted object
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts und auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. The present invention relates to a device for determining an angular position of a rotatably mounted object and to a method for determining an angular position of a rotatably mounted object.
Herkömmliche Winkellagegeber, insbesondere analoge Winkellagegeber, wie bei- spielsweise Resolver oder dergleichen können einen absoluten Drehwinkel liefern, welcher im Moment des Einschaltens zur Verfügung stehen kann. Hierbei werden analoge Signale verwendet. Conventional angular position transmitters, in particular analog angular position transmitters, such as resolvers or the like, can supply an absolute angle of rotation, which can be available at the moment the device is switched on. Analog signals are used here.
Vor diesem Hintergrund schafft die vorliegende Erfindung eine verbesserte Vorrich- tung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts und ein ver- bessertes Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Ob- jekts gemäß den Hauptansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present invention creates an improved device for determining an angular position of a rotatably mounted object and an improved method for determining an angular position of a rotatably mounted object according to the main claims. Advantageous configurations result from the dependent claims and the following description.
Gemäß Ausführungsformen kann zur Winkellagebestimmung eines drehbar gelager- ten Objekts insbesondere ein Geberrad mit zwei Gruppen von Geberelementen un- terschiedlicher Anzahl in Verbindung mit einem Drehzahlsensor pro Gruppe verwen- det werden. Somit kann beispielsweise eine Absolutdrehwinkelsensorvorrichtung für dynamischen Betrieb bereitgestellt werden, die zum Beispiel als ein Rotorlagesensor für Elektromotoren oder dergleichen fungieren kann. Unter Verwendung der Dreh- zahlsensoren können digitale Signale bereitgestellt werden, die zuverlässiger als analoge Signale sein können According to embodiments, in order to determine the angular position of a rotatably mounted object, in particular a sensor wheel with two groups of sensor elements of different numbers can be used in connection with one speed sensor per group. Thus, for example, an absolute rotation angle sensor device for dynamic operation can be provided, which can function, for example, as a rotor position sensor for electric motors or the like. Digital signals can be provided using the speed sensors, which can be more reliable than analog signals
Vorteilhafterweise kann gemäß Ausführungsformen insbesondere eine zuverlässige und kostengünstige Bestimmung einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts erzielt werden. Kostengünstig kann die Bestimmung beispielsweise durch einfache Drehzahlsensoren sein, welche bereits in sehr großen Stückzahlen in Serie laufen. Zur Bestimmung der Winkellage können insbesondere robuste digitale Sensorsignale genutzt werden. Eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts umfasst folgende Merkmale: ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder ver- bunden ist, wobei entlang eines Umfangs des Geberrads erste Gebermerkmale und zweite Gebermerkmale angeordnet sind, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerk- male und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unterscheiden; und einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor, wobei der erste Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustellen, wobei der zweite Dreh- zahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zwei- ten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen. Advantageously, according to embodiments, in particular a reliable and cost-effective determination of an angular position of a rotatably mounted object can be achieved. The determination can be cost-effective, for example, using simple speed sensors, which are already in series production in very large numbers. In particular, robust digital sensor signals can be used to determine the angular position. A device for determining an angular position of a rotatably mounted object has the following features: a sensor wheel that can be connected or is connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object, first sensor features and second sensor features being arranged along a circumference of the sensor wheel, with a number of the first Transmitter features and a number of the second transmitter features differ from one another; and a first speed sensor and a second speed sensor, the first speed sensor being configured to provide a first pulse in response to passing each of the first encoder features, the second speed sensor being configured to provide a first pulse in response to passing each of the two ten encoder features to provide a second pulse.
Die Winkellage kann auch als ein absoluter Drehwinkel oder eine absolute Drehposi- tion bezeichnet werden. Das drehbar gelagerte Objekt kann beispielsweise als ein Rotor eines Elektromotors oder als ein anderer Rotationskörper ausgeführt sein. Die Gebermerkmale können auch als Geberelemente bezeichnet werden. Die Geber- merkmale können als Zähne, Nuten oder andere Gebermerkmale ausgeformt sein. Ein Impuls kann eine steigende oder fallende Flanke eines Pulses eines Sensorsig- nals eines Drehzahlsensors sein. Bei einem Puls kann es sich um einen Rechteck- puls handeln. Der erste Drehzahlsensor kann ausgebildet sein, um ein erstes digita- les Signal bereitzustellen und der erste Impuls kann einen Wechsel zwischen zwei diskreter Werte des ersten digitalen Signals repräsentieren. Entsprechend kann der zweite Drehzahlsensor ausgebildet sein, um ein zweites digitales Signal bereitzustel- len und der zweite Impuls kann einen Wechsel zwischen zwei diskreter Werte des zweiten digitalen Signals repräsentieren. The angular position can also be referred to as an absolute angle of rotation or an absolute rotary position. The rotatably mounted object can be designed, for example, as a rotor of an electric motor or as another rotating body. The transmitter features can also be referred to as transmitter elements. The encoder features can be formed as teeth, grooves, or other encoder features. A pulse can be a rising or falling edge of a pulse of a sensor signal from a speed sensor. A pulse can be a square-wave pulse. The first speed sensor can be designed to provide a first digital signal and the first pulse can represent a change between two discrete values of the first digital signal. Correspondingly, the second speed sensor can be designed to provide a second digital signal and the second pulse can represent a change between two discrete values of the second digital signal.
Auch kann die Vorrichtung eine Auswerteeinrichtung aufweisen. Die Auswerteeinrich- tung kann ausgebildet sein, um eine Phasenverschiebung zwischen einem ersten Im- puls und einem nachfolgenden zweiten Impuls zu ermitteln und unter Verwendung der Phasenverschiebung die Winkellage zu bestimmen. Hierbei kann eine Zeitdiffe- renz zwischen einem Auftreten des ersten Impulses und des nachfolgenden zweiten Impulses gemessen werden. Die Auswerteeinrichtung kann auch als ein Steuergerät bezeichnet werden. Beispielsweise kann die Auswerteeinrichtung als ein Mikrocon- troller oder dergleichen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vor- teil, dass eine einfache, robuste und genaue Bestimmung der Winkellage ermöglicht wird. The device can also have an evaluation device. The evaluation device can be designed to determine and use a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse the phase shift to determine the angular position. A time difference between the occurrence of the first pulse and the subsequent second pulse can be measured here. The evaluation device can also be referred to as a control device. For example, the evaluation device can be designed as a microcontroller or the like. Such an embodiment offers the advantage that a simple, robust and precise determination of the angular position is made possible.
Hierbei kann die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem direkt auf den ersten Impuls folgenden zweiten Impuls zu ermitteln. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Winkellage besonders einfach und exakt bestimmt werden kann. In this case, the evaluation device can be designed to determine the phase shift between a first pulse and a second pulse that directly follows the first pulse. Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined particularly easily and precisely.
Ferner kann dabei die Auswerteeinrichtung ausgebildet sein, um die Winkellage un- ter Verwendung einer Bestimmungsvorschrift zu bestimmen. Die Bestimmungsvor- schrift kann einen mathematischen Ausdruck und/oder eine Nachschlagtabelle auf- weisen. Unter Verwendung der Bestimmungsvorschrift kann eine Beziehung zwi- schen der Phasenverschiebung und der Winkellage hergestellt werden. Die Bestim- mungsvorschrift kann dabei auf das verwendete Geberrad abgestimmt sein. Eine sol- che Ausführungsform den Vorteil, dass die Winkellagebestimmung unaufwändig und rasch erfolgen kann. Furthermore, the evaluation device can be designed to determine the angular position using a determination rule. The determination rule can include a mathematical expression and/or a look-up table. A relationship between the phase shift and the angular position can be established using the determination rule. The determination rule can be matched to the sensor wheel used. Such an embodiment has the advantage that the angular position can be determined in a quick and uncomplicated manner.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Differenz zwischen der Anzahl der ersten Gebermerkmale und der Anzahl der zweiten Gebermerkmale 1 oder mindestens 2 betragen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die Winkellage auf diese Weise einfach, sicher und genau bestimmt werden kann. Bei einer Differenz von 2 kann sich eine Phasenverschiebung zwischen 0 Grad und 360 Grad über ei- nen mechanischen Verdrehwinkel von 180 Grad ergeben. Dies kann vorteilhaft sein, wenn es sich bei dem drehbar gelagerten Objekt beispielsweise um einen Rotor ei- nes Elektromotors mit zwei Polpaaren handelt. According to one embodiment, a difference between the number of first encoder features and the number of second encoder features can be 1 or at least 2. Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined easily, reliably and precisely in this way. A difference of 2 can result in a phase shift between 0 degrees and 360 degrees over a mechanical twisting angle of 180 degrees. This can be advantageous if the rotatably mounted object is, for example, a rotor of an electric motor with two pairs of poles.
Auch können die ersten Gebermerkmale mit erstem Abstand gleichmäßig voneinan- der beabstandet angeordnet sein und können die zweiten Gebermerkmale mit einem zweiten Abstand gleichmäßig voneinander beanstandet angeordnet sein. Hierbei können der erste Abstand und der zweite Abstand voneinander unterschiedlich sein. Dabei können die ersten Gebermerkmale und die zweiten Gebermerkmale identische Abmessungen aufweisen. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine Herstellung des Geberrades einfach und kostengünstig erfolgen kann. Also, the first encoder features can be spaced evenly apart from one another with a first distance, and the second encoder features can have a second spaced evenly spaced apart. In this case, the first distance and the second distance can differ from one another. In this case, the first encoder features and the second encoder features can have identical dimensions. Such an embodiment offers the advantage that the sensor wheel can be manufactured easily and inexpensively.
Ferner können in einer vordefinierten Nulllage des Geberrades ein erstes Geber- merkmal und ein zweites Gebermerkmal miteinander fluchtend angeordnet sein. Die Nulllage kann auch als eine Ausgangslage des Geberrades bezeichnet werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, dass eine einfache und exakte Verarbei- tung der Impulse zur Winkellagebestimmung ermöglicht werden kann. Furthermore, in a predefined zero position of the sensor wheel, a first sensor feature and a second sensor feature can be arranged in alignment with one another. The zero position can also be referred to as an initial position of the transmitter wheel. Such an embodiment offers the advantage that simple and precise processing of the pulses for determining the angular position can be made possible.
Zudem können die Drehzahlsensoren als digitale Sensoren ausgeführt sein. Zusätz- lich oder alternativ können die Drehzahlsensoren ausgebildet sein, um die Geber- merkmale unter Verwendung eines magnetischen Erfassungsprinzips zu erfassen. Beispielsweise können die Drehzahlsensoren als sogenannte Hall-Sensoren mit digi- talem Ausgangssignal oder dergleichen ausgeführt sein. Eine solche Ausführungs- form bietet den Vorteil, dass die Winkellage robust und genau bestimmt werden kann. In addition, the speed sensors can be designed as digital sensors. Additionally or alternatively, the speed sensors can be designed to detect the encoder features using a magnetic detection principle. For example, the speed sensors can be designed as so-called Hall sensors with a digital output signal or the like. Such an embodiment offers the advantage that the angular position can be determined in a robust and precise manner.
Es wird auch ein Verfahren zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelager- ten Objekts vorgestellt, wobei das Verfahren unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt wird, die ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder verbunden ist, einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Dreh- zahlsensor aufweist, wobei entlang eines Umfangs des Geberrads erste Gebermerk- male und zweite Gebermerkmale angeordnet sind, wobei eine Anzahl der ersten Ge- bermerkmale und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unter- scheiden, wobei der erste Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustel- len, wobei der zweite Drehzahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Pas- sieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ermiteln einer Phasenverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nach- folgenden zweiten Impuls; und A method for determining an angular position of a rotatably mounted object is also presented, the method being carried out using a device which has a sensor wheel which can be or is connected to the rotatably mounted object, a first speed sensor and a second rotation - Has number sensor, first encoder features and second encoder features being arranged along a circumference of the encoder wheel, with a number of the first encoder features and a number of the second encoder features differing from one another, the first speed sensor being designed to respond to to provide a first pulse when each of the first encoder features is passed, the second speed sensor being designed to provide a second pulse in response to each of the second encoder features being passed, the method having the following steps: determining a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse; and
Bestimmen der Winkellage unter Verwendung der Phasenverschiebung und einer Bestimmungsvorschrift. Determining the angular position using the phase shift and a determination rule.
Das Verfahren zum Bestimmen kann unter Verwendung von und/oder in Verbindung mit einer Ausführungsform der hierin vorgestellten Vorrichtung ausgeführt werden. Insbesondere können die Schritte des Verfahrens zum Bestimmen mittels einer Aus- werteeinrichtung der Vorrichtung ausgeführt werden. Die Auswerteeinrichtung kann auch als ein Steuergerät bezeichnet werden. Ein Steuergerät kann ein elektrisches Gerät sein, das elektrische Signale, beispielsweise Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine oder mehrere geeignete Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein können. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen bei- spielsweise Teil einer integrierten Schaltung sein, in der Funktionen des Steuergerä- tes umgesetzt sind. Die Schnittstellen können auch eigene, integrierte Schaltkreise sein oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer soft- waremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die bei- spielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind. The method of determining may be performed using and/or in connection with an embodiment of the device presented herein. In particular, the steps of the method for determining can be carried out by means of an evaluation device of the device. The evaluation device can also be referred to as a control device. A control device can be an electrical device that processes electrical signals, for example sensor signals, and outputs control signals as a function of them. The control unit can have one or more suitable interfaces, which can be designed in terms of hardware and/or software. In the case of a hardware design, the interfaces can be part of an integrated circuit, for example, in which the functions of the control device are implemented. The interfaces can also be separate integrated circuits or at least partially consist of discrete components. In the case of a software design, the interfaces can be software modules that are present, for example, on a microcontroller alongside other software modules.
Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf ei- nem maschinenlesbaren Träger wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplatten- speicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Ausführung des Verfahrens zum Bestimmen verwendet wird, wenn das Programm auf einem Computer oder der Vorrichtung, insbesondere der Auswerteeinrichtung ausgeführt wird. A computer program product with program code is also advantageous, which can be stored on a machine-readable medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and is used to carry out the method for determining when the program is on a computer or the device , In particular the evaluation device is executed.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.The invention is explained in more detail by way of example with reference to the attached drawings.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts; Show it: 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object;
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Ob- jekts; 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object;
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Be- stimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts; 3 shows a flowchart of an exemplary embodiment of a method for determining an angular position of a rotatably mounted object;
Fig. 4 ein schematisches Signalverlaufsdiagramm von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage ei- nes drehbar gelagerten Objekts; 4 shows a schematic signal curve diagram of sensor signals during operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geberrads einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Ob- jekts; 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object;
Fig. 6 einen Ausschnitt des Geberrads aus Fig. 5; und FIG. 6 shows a section of the transmitter wheel from FIG. 5; and
Fig. 7 ein schematisches Phasendiagramm von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines dreh- bar gelagerten Objekts. 7 shows a schematic phase diagram of sensor signals during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object.
In der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegen- den Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird. In the following description of preferred exemplary embodiments of the present invention, the same or similar reference symbols are used for the elements which are shown in the various figures and have a similar effect, with a repeated description of these elements being dispensed with.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrich- tung 100 zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts OBJ.1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 100 for determining an angular position of a rotatably mounted object OBJ.
Bei dem Objekt OBJ handelt es sich beispielsweise um einen Rotor einer elektri- schen Maschine, beispielsweise eines Elektromotors, oder dergleichen. Die Vorrich- tung 100 umfasst ein Geberrad 102, einen ersten Drehzahlsensor 110 und einen zweiten Drehzahlsensor 120. The object OBJ is, for example, a rotor of an electrical machine, for example an electric motor, or the like. Device 100 includes a sensor wheel 102, a first speed sensor 110 and a second speed sensor 120.
Das Geberrad 102 ist drehfest mit dem drehbar gelagerten Objekt OBJ verbindbar ausgeführt. In der Darstellung von Fig. 1 ist das Geberrad 102 drehfest über eine Welle mit dem drehbar gelagerten Objekt OBJ verbunden. Entlang eines Umfangs bzw. einer Mantelfläche des Geberrads 102 sind erste Gebermerkmale 104 und zweite Gebermerkmale 106 angeordnet. Die Gebermerkmale 104, 106 können auch als Geberelemente bezeichnet werden. Bei den Gebermerkmalen 104, 106 handelt es sich beispielsweise um Zähne, Nuten oder dergleichen. Die Gebermerk- male 104, 106 sind umlaufende um den Umfang bzw. die Mantelfläche des Geber- rads 102 angeordnet. Dabei unterscheiden sich eine Anzahl der ersten Gebermerk- male 104 und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale 106 voneinander. Anders ausgedrückt sind unterschiedlich viele erste Gebermerkmale 104 und zweite Geber- merkmale 106 entlang des Umfangs des Geberrads 102 angeordnet. Dabei sind die ersten Gebermerkmale 104 in einem ersten Teilabschnitt der Mantelfläche angeord- net und sind die zweiten Gebermerkmale 106 in einem zweiten Teilabschnitt der Mantelfläche angeordnet. Die Mantelfläche ist in den ersten Teilabschnitt und in den zweiten Teilabschnitt unterteilt. The sensor wheel 102 is designed to be connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object OBJ. In the representation of FIG. 1 , sensor wheel 102 is connected in a rotationally fixed manner via a shaft to rotatably mounted object OBJ. along a perimeter or a lateral surface of encoder wheel 102, first encoder features 104 and second encoder features 106 are arranged. The transmitter features 104, 106 can also be referred to as transmitter elements. The encoder features 104, 106 are, for example, teeth, grooves or the like. The sensor features 104, 106 are arranged circumferentially around the circumference or the lateral surface of the sensor wheel 102. In this case, a number of the first sensor features 104 and a number of the second sensor features 106 differ from one another. In other words, a different number of first encoder features 104 and second encoder features 106 are arranged along the circumference of encoder wheel 102 . In this case, the first transmitter features 104 are arranged in a first partial section of the lateral surface and the second transmitter features 106 are arranged in a second partial section of the lateral surface. The lateral surface is divided into the first section and the second section.
Der erste Drehzahlsensor 110 und der zweite Drehzahlsensor 120 sind benachbart zu dem Geberrad 102 angeordnet, genauer gesagt benachbart zu dem Umfang bzw. der Mantelfläche desselben. Der erste Drehzahlsensor 110 ist ausgebildet, um an- sprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale 104 einen ers- ten Impuls bereitzustellen. Insbesondere ist der erste Drehzahlsensor 110 ausgebil- det, um ein erstes Sensorsignal 115 auszugeben, wobei steigende oder fallende Flanken von Pulsen des ersten Sensorsignals 115 die bereitgestellten ersten Impulse repräsentieren. Der zweite Drehzahlsensor 120 ist ausgebildet, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale 106 einen zweiten Impuls be- reitzustellen. Insbesondere ist der zweite Drehzahlsensor 120 ausgebildet, um ein zweites Sensorsignal 125 auszugeben, wobei steigende oder fallende Flanken von Pulsen des zweiten Sensorsignals 125 die bereitgestellten zweiten Impulse repräsen- tieren. First speed sensor 110 and second speed sensor 120 are arranged adjacent to transmitter wheel 102, more precisely, adjacent to the circumference or lateral surface thereof. First speed sensor 110 is configured to provide a first pulse in response to each of first encoder features 104 being passed. In particular, first speed sensor 110 is designed to output a first sensor signal 115, with rising or falling edges of pulses of first sensor signal 115 representing the first pulses that are provided. Second speed sensor 120 is configured to provide a second pulse in response to each of second encoder features 106 being passed. In particular, second speed sensor 120 is designed to output a second sensor signal 125, with rising or falling edges of pulses of second sensor signal 125 representing the second pulses that are provided.
Insbesondere sind die Drehzahlsensoren 110, 120 als digitale Sensoren ausgeführt, sodass es sich bei den Sensorsignalen um digitale Signale handelt. Zusätzlich oder alternativ sind die Drehzahlsensoren 110, 120 ausgebildet, um die Gebermerk- male 104, 106 unter Verwendung eines magnetischen Erfassungsprinzips zu erfas- sen. Bei den Pulsen des ersten Sensorsignals 115 und des zweiten Sensorsig- nals 125 handelt es sich beispielsweise um Rechteckpulse. In particular, the speed sensors 110, 120 are designed as digital sensors, so that the sensor signals are digital signals. Additionally or alternatively, the speed sensors 110, 120 are designed to male 104, 106 using a magnetic detection principle. The pulses of the first sensor signal 115 and of the second sensor signal 125 are, for example, square-wave pulses.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 100 auch eine Auswer- teeinrichtung 130. Die Auswerteeinrichtung 130 ist signalübertragungsfähig mit dem ersten Drehzahlsensor 110 und mit dem zweiten Drehzahlsensor 120 verbunden. Die Auswerteeinrichtung 130 ist ausgebildet, um eine Phasenverschiebung zwischen ei- nem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls zu ermitteln und unter Verwendung der Phasenverschiebung die Winkellage zu bestimmen. Anders ausge- drückt ist die Auswerteeinrichtung 130 ausgebildet, um unter Verwendung des ersten Sensorsignals 115 und des zweiten Sensorsignals 125 die Winkellage zu bestimmen. Insbesondere ist die Auswerteeinrichtung 130 ausgebildet, um die Phasenverschie- bung zwischen einem ersten Impuls und einem direkt auf den ersten Impuls folgen- den zweiten Impuls zu ermitteln. Auch ist die Auswerteeinrichtung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um die Winkellage unter Verwendung einer Bestim- mungsvorschrift 132 zu bestimmen. Die Bestimmungsvorschrift 132 umfasst dabei zum Beispiel einen mathematischen Ausdruck und/oder eine Nachschlagtabelle. According to one exemplary embodiment, device 100 also includes an evaluation device 130. Evaluation device 130 is connected to first speed sensor 110 and to second speed sensor 120 in a manner capable of transmitting signals. The evaluation device 130 is designed to determine a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse and to determine the angular position using the phase shift. In other words, the evaluation device 130 is designed to determine the angular position using the first sensor signal 115 and the second sensor signal 125 . In particular, the evaluation device 130 is designed to determine the phase shift between a first pulse and a second pulse directly following the first pulse. According to one exemplary embodiment, the evaluation device 130 is also designed to determine the angular position using a determination rule 132 . The determination rule 132 includes, for example, a mathematical expression and/or a lookup table.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geber- rads 102 einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelager- ten Objekts. Das Geberrad 102 entspricht oder ähnelt hierbei dem Geberrad aus Fig. 1 . Dabei ist das Geberrad 102 in Fig. 2 in einer Draufsicht auf eine seiner beiden Stirnflächen bzw. Stirnseiten gezeigt. Von dem Geberrad 102 sind in der Dar- stellung von Fig. 2 beispielhaft lediglich drei erste Gebermerkmale 104 gezeigt. Fer- ner ist eine Mantelfläche 203 bzw. der Umfang des Geberrads 102 explizit bezeich- net. FIG. 2 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel 102 of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object. The encoder wheel 102 corresponds to or is similar to the encoder wheel from FIG. 1 . The sensor wheel 102 is shown in FIG. 2 in a plan view of one of its two end faces or end faces. Only three first transmitter features 104 of transmitter wheel 102 are shown in the illustration in FIG. A lateral surface 203 or the circumference of the transmitter wheel 102 is also explicitly identified.
Fig. 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens 300 zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Dabei ist das Verfahren 300 zum Bestimmen unter Verwendung von bzw. in Verbindung mit der Vorrichtung aus Fig. 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung ausführbar oder wird unter Verwendung von bzw. in Verbindung mit derselben ausgeführt. Somit wird das Ver- fahren unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt, die ein Geberrad, das mit dem drehbar gelagerten Objekt drehfest verbindbar oder verbunden ist, einen ersten Drehzahlsensor und einen zweiten Drehzahlsensor aufweist. Dabei sind entlang ei- nes Umfangs des Geberrads erste Gebermerkmale und zweite Gebermerkmale an- geordnet, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerkmale und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale sich voneinander unterscheiden. Hierbei ist der erste Dreh- zahlsensor ausgebildet, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale einen ersten Impuls bereitzustellen, wobei der zweite Dreh- zahlsensor ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zwei- ten Gebermerkmale einen zweiten Impuls bereitzustellen. FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of a method 300 for determining an angular position of a rotatably mounted object. The method 300 for determining can be carried out using or in connection with the device from FIG. 1 or a similar device or is carried out under performed using or in connection with the same. The method is thus carried out using a device which has a sensor wheel which can be connected or is connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object, a first rotational speed sensor and a second rotational speed sensor. In this case, first sensor features and second sensor features are arranged along a circumference of the sensor wheel, with a number of the first sensor features and a number of the second sensor features differing from one another. Here, the first speed sensor is designed to provide a first pulse in response to each of the first sensor features being passed, with the second speed sensor being designed to provide a second pulse in response to each of the second sensor features being passed.
Das Verfahren 300 zum Bestimmen umfasst einen Schritt 310 des Ermittelns und ei- nen Schritt 320 des Bestimmens. In dem Schritt 310 des Ermittelns wird eine Pha- senverschiebung zwischen einem ersten Impuls und einem nachfolgenden zweiten Impuls ermittelt. Nachfolgend wird in dem Schritt 320 des Bestimmens unter Verwen- dung der Phasenverschiebung und einer Bestimmungsvorschrift die Winkellage be- stimmt. The method 300 for determining comprises a step 310 of determining and a step 320 of determining. In step 310 of determining, a phase shift between a first pulse and a subsequent second pulse is determined. The angular position is then determined in step 320 of determination using the phase shift and a determination rule.
Fig. 4 zeigt ein schematisches Signalverlaufsdiagramm 400 von Sensorsignalen beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Die Vorrichtung zum Bestimmen ent- spricht oder ähnelt hierbei der Vorrichtung aus Fig. 1 . An der Abszissenachse des Signalverlaufsdiagramms 400 ist die Zeit t aufgetragen und an der Ordinatenachse des Signalverlaufsdiagramm 400 sind Signalwerte y der Sensorsignale aufgetragen. Die Sensorsignale sind von den Drehzahlsensoren der Vorrichtung bereitgestellt. In das Signalverlaufsdiagramm 400 sind lediglich beispielhaft vier erste Impulse 415 und drei zweite Impulse 425 eingezeichnet. Diese vier ersten Impulse 415 und drei zweiten Impulse 425 ergeben sich beispielsweise im Verlauf einer vollen Umdrehung des Geberrads der Vorrichtung, wobei das Geberrad lediglich beispielhaft vier erste Gebermerkmale und drei zweite Gebermerkmale aufweist. Ferner ist in das Signalverlaufsdiagramm 400 die Periodendauer T zwischen den ers- ten Impulsen 415 exemplarisch zwischen einem ersten der ersten Impulse 415 und einem zweiten der ersten Impulse 415 eingezeichnet. Zudem sind lediglich beispiel- haft ein erster Zeitversatz At1 bzw. eine erste Zeitdifferenz zwischen dem ersten der ersten Impulse 415 und dem ersten der zweiten Impulse 425 sowie ein zweiter Zeit- versatz At2 zwischen dem zweiten der ersten Impulse 415 und einem zweiten der zweiten Impulse 425 eingezeichnet. Unter Verwendung der Periodendauer T und ei- nes jeweiligen der Zeitversätze At1 oder At2 ist mittels der Auswerteeinrichtung der Vorrichtung aus Fig. 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung und/oder durch Ausführen des Verfahrens aus Fig. 3 oder eines ähnlichen Verfahrens die Phasenverschiebung ermittelbar und damit die Winkellage bestimmbar. FIG. 4 shows a schematic signal curve diagram 400 of sensor signals during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object. The device for determining corresponds to or is similar to the device from FIG. The time t is plotted on the abscissa axis of the signal curve diagram 400 and signal values y of the sensor signals are plotted on the ordinate axis of the signal curve diagram 400 . The sensor signals are provided by the speed sensors of the device. Four first pulses 415 and three second pulses 425 are drawn into signal curve diagram 400 by way of example only. These four first pulses 415 and three second pulses 425 result, for example, in the course of a full revolution of the sensor wheel of the device, with the sensor wheel having four first sensor features and three second sensor features only by way of example. Furthermore, the period duration T between the first pulses 415 is drawn in the signal curve diagram 400 by way of example between a first of the first pulses 415 and a second of the first pulses 415 . In addition, a first time offset At1 or a first time difference between the first of the first pulses 415 and the first of the second pulses 425 and a second time offset At2 between the second of the first pulses 415 and a second of the second pulses 425 are merely examples drawn. Using the period duration T and one of the respective time offsets At1 or At2, the phase shift can be determined using the evaluation device of the device from FIG. 1 or a similar device and/or by executing the method from FIG Angular position can be determined.
Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Geber- rads 102 einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelager- ten Objekts. Das Geberrad 102 entspricht oder ähnelt hierbei dem Geberrad aus Fig. 1 und/oder Fig. 2. In Fig. 5 ist eine schräge Draufsicht auf einen Teilab- schnitt des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102 mit den ersten Ge- bermerkmalen 104 und den zweiten Gebermerkmalen 106 gezeigt. Die ersten Ge- bermerkmale 104 repräsentieren hierbei eine erste Kontur entlang dem Umfang des Geberrads 102 und die zweiten Gebermerkmale 106 repräsentieren eine zweite Kon- tur entlang dem Umfang des Geberrads 102. Lediglich beispielhaft umfasst das Ge- berrad 102 gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel 60 erste Gebermerk- male 104 und 59 zweite Gebermerkmale 106. Somit beträgt die Differenz zwischen der Anzahl der ersten Gebermerkmale 104 und der Anteil der zweiten Gebermerk- male 106 hierbei 1. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel beträgt die Differenz mindestens 2. In Fig. 5 sind beispielhaft lediglich ein erstes Gebermerkmale 104 und ein zweites Gebermerkmale 106 explizit bezeichnet, wobei diese beiden Gebermerk- male miteinander fluchtend angeordnet sind. Diese Stelle repräsentiert bzw. markiert eine vordefinierte Nulllage des Geberrads 102, in der ein erstes Gebermerkmale 104 und ein zweites Gebermerkmale 106 miteinander fluchtend angeordnet sind. Fig. 6 zeigt einen Ausschnitt des Geberrads 102 aus Fig. 5. In Fig. 6 ist ein Teilab- schnitt des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102 mit ersten Geber- merkmalen 104 und zweiten Gebermerkmalen 106 in einer Draufsicht dargestellt. In der Darstellung von Fig. 6 sind erneut lediglich die beiden miteinander fluchtend an- geordneten Gebermerkmale 104, 106, welche die vordefinierte Nulllage des Geber- rads 102 markieren, explizit bezeichnet. Ferner sind in Fig. 6 Abmessungen des Ge- berrads 102 und der Gebermerkmale 104, 106 explizit bezeichnet. So sind eine Höhe h des Umfangs bzw. der Mantelfläche des Geberrads 102, eine Länge I eines jeden der Gebermerkmale 104, 106, die gemäß dem hier dargestellten Ausführungs- beispiel der halben Höhe h entspricht, eine Breite b eines jeden der Gebermerk- male 104, 106, ein erster Abstand a1 zwischen einem jeden der ersten Gebermerk- male 104 und ein zweiter Abstand a2 zwischen einem jeden der zweiten Gebermerk- male 106 eingezeichnet. FIG. 5 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a sensor wheel 102 of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object. The sensor wheel 102 corresponds to or is similar to the sensor wheel from FIG. 1 and/or FIG. 2. FIG the second encoder features 106 are shown. The first encoder features 104 here represent a first contour along the circumference of the encoder wheel 102 and the second encoder features 106 represent a second contour along the circumference of the encoder wheel 102. The encoder wheel 102 according to the exemplary embodiment shown here comprises 60 first Sensor features 104 and 59 second sensor features 106. The difference between the number of first sensor features 104 and the proportion of second sensor features 106 is 1. According to another exemplary embodiment, the difference is at least 2. In FIG a first sensor feature 104 and a second sensor feature 106 are explicitly designated, these two sensor features being arranged in alignment with one another. This point represents or marks a predefined zero position of sensor wheel 102, in which a first sensor feature 104 and a second sensor feature 106 are arranged in alignment with one another. FIG. 6 shows a section of sensor wheel 102 from FIG. 5. FIG. 6 shows a partial section of the circumference or the lateral surface of sensor wheel 102 with first sensor features 104 and second sensor features 106 in a plan view. In the representation of FIG. 6, only the two sensor features 104, 106 arranged in alignment with one another, which mark the predefined zero position of the sensor wheel 102, are again explicitly identified. Furthermore, dimensions of the transmitter wheel 102 and the transmitter features 104, 106 are explicitly indicated in FIG. Thus, a height h of the circumference or the lateral surface of sensor wheel 102, a length I of each of sensor features 104, 106, which corresponds to half the height h according to the exemplary embodiment illustrated here, a width b of each of sensor features 104 , 106, a first distance a1 between each of the first sensor features 104 and a second distance a2 between each of the second sensor features 106 are drawn in.
Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Gebermerkmale 104 und 106 allesamt identische Abmessungen auf, genauer gesagt eine identische Länge I und Breite b sowie eine identische Tiefe. Die ersten Gebermerkmale 104 sind mit dem ersten Abstand a1 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet. Die zweiten Gebermerkmale 106 sind mit dem zweiten Abstand a2 gleichmäßig von- einander beanstandet angeordnet. Der erste Abstand a1 und der zweite Abstand a2 unterscheiden sich voneinander. According to the exemplary embodiment illustrated here, the transmitter features 104 and 106 all have identical dimensions, more precisely an identical length l and width b and an identical depth. The first encoder features 104 are evenly spaced from each other by the first distance a1. The second encoder features 106 are evenly spaced from each other by the second distance a2. The first distance a1 and the second distance a2 differ from each other.
Fig. 7 zeigt ein schematisches Phasendiagramm 700 von Sensorsignalen 115 und 125 beim Betrieb eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts. Die Vorrichtung zum Bestimmen entspricht oder ähnelt hierbei der Vorrichtung aus Fig. 1 . An der Abszissenachse des Phasendiagramms 700 ist der mechanische Drehwinkel cp des Geberrads der Vor- richtung in Grad [°] aufgetragen und an der Ordinatenachse sind einerseits die Pha- senverschiebung Acp und andererseits die Signalwerte y der Sensorsignale 115, 125 aufgetragen, wobei die Sensorsignale 115, 125 bzw. deren Signalverläufe sowie ein Phasenverlauf 701 in das Phasendiagramm 700 eingezeichnet sind. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung das Geberrad aus Fig. 5 mit 60 ersten Gebermerkmalen und 59 zweiten Gebermerkmalen. Somit lie- gen 60 erste Impulse und Pulse des ersten Sensorsignals 115 und 59 zweite Impulse und Pulse des zweiten Sensorsignals 124 vor. FIG. 7 shows a schematic phase diagram 700 of sensor signals 115 and 125 during the operation of an exemplary embodiment of a device for determining an angular position of a rotatably mounted object. The device for determining corresponds or is similar to the device from FIG. 1 . The mechanical angle of rotation cp of the sensor wheel of the device is plotted in degrees [°] on the abscissa axis of the phase diagram 700, and the phase shift Acp on the one hand and the signal values y of the sensor signals 115, 125 on the other hand are plotted on the ordinate axis, with the sensor signals 115 , 125 or their signal curves and a phase curve 701 are drawn into the phase diagram 700. According to the exemplary embodiment illustrated here, the device comprises the transmitter wheel 5 with 60 first transmitter features and 59 second transmitter features. Thus, 60 first pulses and pulses of the first sensor signal 115 and 59 second pulses and pulses of the second sensor signal 124 are present.
Unter Bezugnahme auf die vorstehend beschriebenen Figuren werden nachfolgend Ausführungsbeispiele nochmals zusammenfassend und mit anderen Worten kurz er- läutert. Es werden durch die Vorrichtung 100 digitale Sensoren 115, 125 genutzt, wie z. B. Standard-Drehzahlsensoren, welche ein Rechtecksignal ausgeben. Wird die Phasenverschiebung Acp zwischen den beiden Drehzahlsensoren 115, 125 berech- net, ergibt sich direkt der Winkelwert bzw. die Winkellage des Geberrads 102. Dass der absolute Drehwinkel bzw. die absolute Winkellage beim Einschalten eines mit der Vorrichtung 100 ausgerüsteten Gerätes unter Umständen nicht zur Verfügung steht, spielt in vielen Anwendungen keine Rolle, und/oder kann durch eine Einlehrnfunktion im System Beziehung weise in der Vorrichtung 100 zumindest teilweise kompensiert werden. Die Differenz der Anzahlen von den beiden Gebermerkmale 104, 106 bzw. Geberelementen, beispielsweise eine Zähnezahldifferenz, kann auch 2 oder mehr betragen. Bei einer Differenz von 2 ergibt sich eine Phasenverschiebung Acp zwi- schen 0° und 360° über einen mechanischen Verdrehwinkel cp von 180°. Dies kann vorteilhaft sein, wenn das mit der Vorrichtung 100 ausgerüstete Gerät beispielsweise ein Elektromotor mit 2 Polpaaren ist. With reference to the figures described above, exemplary embodiments are summarized again below and in other words briefly explained. There are used by the device 100 digital sensors 115, 125 such. B. Standard speed sensors, which output a square-wave signal. If the phase shift Acp between the two speed sensors 115, 125 is calculated, the angle value or the angular position of the encoder wheel 102 results directly is available does not play a role in many applications and/or can be at least partially compensated for by a teach-in function in the system or in the device 100 . The difference in the numbers of the two encoder features 104, 106 or encoder elements, for example a difference in the number of teeth, can also be 2 or more. A difference of 2 results in a phase shift Acp between 0° and 360° over a mechanical angle of rotation cp of 180°. This can be advantageous if the device equipped with the device 100 is, for example, an electric motor with 2 pole pairs.
Bezuqszeichen reference sign
100 Vorrichtung zum Bestimmen 102 Geberrad 104 erste Gebermerkmale 106 zweite Gebermerkmale 110 erster Drehzahlsensor 115 erstes Sensorsignal mit ersten Impulsen 120 zweiter Drehzahlsensor 100 device for determining 102 sensor wheel 104 first sensor features 106 second sensor features 110 first speed sensor 115 first sensor signal with first pulses 120 second speed sensor
125 zweites Sensorsignal mit zweiten Impulsen 130 Auswerteeinrichtung 132 Bestimmungsvorschrift OBJ drehbar gelagertes Objekt 125 second sensor signal with second pulses 130 evaluation device 132 determination rule OBJ rotatably mounted object
203 Mantelfläche bzw. Umfang 203 lateral surface or circumference
300 Verfahren zum Bestimmen 310 Schritt des Ermittelns 320 Schritt des Bestimmens 300 method of determining 310 step of determining 320 step of determining
400 Signalverlaufsdiagramm 415 erste Impulse 425 zweite Impulse t Zeit T Periodendauer At1 erster Zeitversatz 400 Signal curve diagram 415 first pulses 425 second pulses t time T period duration At1 first time offset
At2 zweiter Zeitversatz y Signalwerte a1 erster Abstand a2 zweiter Abstand b Breite h Höhe I Länge 700 Phasendiagramm At2 second time offset y signal values a1 first distance a2 second distance b width h height I length 700 phase diagram
701 Phasenverlauf 701 phase curve
Acp Phasenverschiebung cp mechanischer Drehwinkel Acp phase shift cp mechanical angle of rotation

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Vorrichtung (100) zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Ob- jekts (OBJ), wobei die Vorrichtung (100) folgende Merkmale aufweist: ein Geberrad (102), das mit dem drehbar gelagerten Objekt (OBJ) drehfest verbind- bar oder verbunden ist, wobei entlang eines Umfangs (203) des Geberrads (102) erste Gebermerkmale (104) und zweite Gebermerkmale (106) angeordnet sind, wo- bei eine Anzahl der ersten Gebermerkmale (104) und eine Anzahl der zweiten Ge- bermerkmale (106) sich voneinander unterscheiden; und einen ersten Drehzahlsensor (110) und einen zweiten Drehzahlsensor (120), wobei der erste Drehzahlsensor (110) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale (104) einen ersten Impuls (415) bereitzustel- len, wobei der zweite Drehzahlsensor (120) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale (106) einen zweiten Impuls (425) bereitzustellen. 1. Device (100) for determining an angular position of a rotatably mounted object (OBJ), the device (100) having the following features: a sensor wheel (102) which can be connected in a rotationally fixed manner to the rotatably mounted object (OBJ) or is connected, with first encoder features (104) and second encoder features (106) being arranged along a circumference (203) of the encoder wheel (102), with a number of the first encoder features (104) and a number of the second encoder features (106 ) differ from each other; and a first speed sensor (110) and a second speed sensor (120), the first speed sensor (110) being configured to provide a first pulse (415) in response to passing each of the first encoder features (104), the second speed sensor (120) is designed to provide a second pulse (425) in response to passing each of the second encoder features (106).
2. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 , gekennzeichnet durch eine Auswerteeinrich- tung (130), wobei die Auswerteeinrichtung (130) ausgebildet ist, um eine Phasenver- schiebung (Acp) zwischen einem ersten Impuls (415) und einem nachfolgenden zwei- ten Impuls (425) zu ermitteln und unter Verwendung der Phasenverschiebung (Acp) die Winkellage zu bestimmen. 2. Device (100) according to claim 1, characterized by an evaluation device (130), wherein the evaluation device (130) is designed to a phase shift (Acp) between a first pulse (415) and a subsequent second Determine momentum (425) and using the phase shift (Acp) to determine the angular position.
3. Vorrichtung (100) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswer- teeinrichtung (130) ausgebildet ist, um die Phasenverschiebung (Acp) zwischen ei- nem ersten Impuls (415) und einem direkt auf den ersten Impuls (415) folgenden zweiten Impuls (425) zu ermitteln. 3. Device (100) according to claim 2, characterized in that the evaluation device (130) is designed to measure the phase shift (Acp) between a first pulse (415) and one directly following the first pulse (415). to determine the second pulse (425).
4. Vorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (130) ausgebildet ist, um die Winkellage unter Verwen- dung einer Bestimmungsvorschrift (132) zu bestimmen, wobei die Bestimmungsvor- schrift (132) einen mathematischen Ausdruck und/oder eine Nachschlagtabelle auf- weist. 4. Device (100) according to one of claims 2 to 3, characterized in that the evaluation device (130) is designed to determine the angular position using determination rule (132), wherein the determination rule (132) comprises a mathematical expression and/or a look-up table.
5. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass eine Differenz zwischen der Anzahl der ersten Gebermerkmale (104) und der Anzahl der zweiten Gebermerkmale (106) 1 oder mindestens 2 beträgt. 5. Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that a difference between the number of the first encoder features (104) and the number of the second encoder features (106) is 1 or at least 2.
6. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die ersten Gebermerkmale (104) mit einem ersten Abstand (a1 ) gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind und die zweiten Gebermerk- male (106) mit einem zweiten Abstand (a2) gleichmäßig voneinander beanstandet angeordnet sind, wobei der erste Abstand (a1) und der zweite Abstand (a2) vonei- nander unterschiedlich sind. 6. Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the first encoder features (104) are arranged at a first distance (a1) evenly spaced from one another and the second encoder features (106) are arranged at a second distance ( a2) are arranged at equal distances from one another, the first distance (a1) and the second distance (a2) being different from one another.
7. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass in einer vordefinierten Nulllage des Geberrades (102) ein erstes Gebermerkmal (104) und ein zweites Gebermerkmal (106) miteinander fluchtend an- geordnet sind. 7. Device (100) according to one of the preceding claims, characterized in that in a predefined zero position of the encoder wheel (102) a first encoder feature (104) and a second encoder feature (106) are arranged in alignment with one another.
8. Vorrichtung (100) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Drehzahlsensoren (110, 120) als digitale Sensoren ausge- führt sind, und/oder wobei die Drehzahlsensoren (110, 120) ausgebildet sind, um die Gebermerkmale (104, 106) unter Verwendung eines magnetischen Erfassungsprin- zips zu erfassen. 8. Device (100) according to any one of the preceding claims, characterized in that the speed sensors (110, 120) are designed as digital sensors, and/or wherein the speed sensors (110, 120) are designed to the encoder features (104, 106) using a magnetic detection principle.
9. Verfahren (300) zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Ob- jekts (OBJ), wobei das Verfahren (300) unter Verwendung einer Vorrichtung (100) zum Bestimmen einer Winkellage eines drehbar gelagerten Objekts (OBJ) ausgeführt wird, wobei die Vorrichtung (100) ein Geberrad (102), das mit dem drehbar gelager- ten Objekt (OBJ) drehfest verbindbar oder verbunden ist, einen ersten Dreh- zahlsensor (110) und einen zweiten Drehzahlsensor (120) aufweist, wobei entlang eines Umfangs (203) des Geberrads (102) erste Gebermerkmale (104) und zweite Gebermerkmale (104) angeordnet sind, wobei eine Anzahl der ersten Gebermerk- male (104) und eine Anzahl der zweiten Gebermerkmale (106) sich voneinander un- terscheiden, wobei der erste Drehzahlsensor (110) ausgebildet ist, um ansprechend auf ein Passieren eines jeden der ersten Gebermerkmale (104) einen ersten Impuls (415) bereitzustellen, wobei der zweite Drehzahlsensor (120) ausgebildet ist, um an- sprechend auf ein Passieren eines jeden der zweiten Gebermerkmale (106) einen zweiten Impuls (425) bereitzustellen, wobei das Verfahren (300) folgende Schritte aufweist: 9. Method (300) for determining an angular position of a rotatably mounted object (OBJ), wherein the method (300) using a device (100) for determining an angular position of a rotatably mounted object (OBJ) is performed, the device (100) a sensor wheel (102), which can be or is connected to the rotatably mounted object (OBJ) in a rotationally fixed manner, has a first speed sensor (110) and a second speed sensor (120), wherein along a circumference (203) of the encoder wheel (102) first encoder features (104) and second Sensor features (104) are arranged, with a number of the first sensor features (104) and a number of the second sensor features (106) differing from one another, the first speed sensor (110) being configured to be responsive to a passage of each of the first encoder features (104) to provide a first pulse (415), the second speed sensor (120) being designed to provide a second pulse (425) in response to passing each of the second encoder features (106), the method (300) has the following steps:
Ermitteln (310) einer Phasenverschiebung (Acp) zwischen einem ersten Impuls (415) und einem nachfolgenden zweiten Impuls (425); und determining (310) a phase shift (Acp) between a first pulse (415) and a subsequent second pulse (425); and
Bestimmen (320) der Winkellage unter Verwendung der Phasenverschiebung (Acp) und einer Bestimmungsvorschrift (132). determining (320) the angular position using the phase shift (Acp) and a determination rule (132).
17 17
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