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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Winkellage einer
drehbaren Welle.
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Aus
der
DE 30 18 496 C2 ist
eine Anordnung bekannt, welche zwei gegeneinander um eine gemeinsame
Achse verdrehbare Körper
mit jeweils mindestens einem Sensor und zusätzlich einen um die gemeinsame
Achse drehbaren Markierungsträger
mit Gebern umfasst. Mittels dieser Anordnung wird unter Zuhilfenahme
des frei drehbaren Markierungsträgers
der momentane Winkelversatz zwischen den beiden gegeneinander um
die gemeinsame Achse drehbaren Körpern
ermittelt.
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Aus
der
DE 43 07 337 A1 ist
ein Verfahren zur Ermittlung der Winkellage einer Welle bekannt,
das zur Steuerung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors
verwendet wird. Ein derartiger bürstenloser Gleichstrommotor
umfaßt üblicherweise
einen mit einer Welle fest verbundenen und mit Permanentmagneten bestückten Rotor
sowie einen Stator mit mehreren Elektromagneten, die durch einen
Kommutierungsvorgang in Abhängigkeit
der Winkellage des Rotors bestromt werden und durch ihr Magnetfeld
den Rotor antrieben. Der vorbekannte Gleichstrommotor weist ferner
als Hallsensoren ausgeführte
Sensoren auf, die das Magnetfeld der als Geberanordnung wirkenden
Permanentmagnete detektieren und entsprechende Detektorsignale erzeugen.
Aus den Detektorsignalen wird dann die Winkellage des Rotors oder
der Welle ermittelt.
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Als
nachteilig erweist sich hierbei, daß Fertigungstoleranzen bei
der Positionierung der Sensoren, ungleiche Aufteilung der Magnetpole
auf dem Rotor und Schalthysteresen der Sensoren zu hohen Messfehlern führen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung
der Winkellage einer Welle anzugeben, das mit geringem Kostenaufwand
durchführbar
ist und genaue Messwerte liefert.
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Die
Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Erfindungsgemäß wird die
Winkellage einer Welle mit einer Geberanordnung und mit mehreren
voneinander beabstandeten Sensoren ermittelt, wobei die Geberanordnung
eine vorgegebene Anzahl von Gebern aufweist, die bei sich drehender
Welle relativ zu Sensoren bewegt werden, und wobei mit den Sensoren
Zeitpunkte als Detektionszeitpunkte ermittelt werden, zu denen die
Grenzen der Geber oder die Grenzübergänge zwischen
benachbarten Gebern an den Sensoren vorbeibewegt werden. Wesentlich
ist, daß bei
sich drehender Welle eine Referenzmessung vorgenommen wird, bei
der aus den ermittelten Detektionszeitpunkten Winkelabstände ermittelt
werden, die dem Versatz der Sensoren entsprechen, sowie Winkelabstände ermittelt werden,
die den Abständen
zwischen den Grenzen oder Grenzübergängen der
Geber entsprechen. Das heißt, es
werden die tatsächlichen
Winkellagen der Sensoren bezogen auf einen der Sensoren sowie die
tatsächlichen
den Breiten der Geber und dem Winkelversatz zwischen benachbarten
Gebern entsprechenden Winkel berechnet. Aus den ermittelten Winkelabständen werden
dann die Winkelpositionen der Welle zu den einer Wellenumdrehung
entsprechenden Detektionszeitpunkten als Winkellage der Welle berechnet.
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Vorteilhafterweise
werden die während
der Referenzmessung berechneten Winkelpositionen in einer Tabelle
abgespeichert. Die abgespeicherten Winkelpositionen werden dann
entsprechen ihrer Reihenfolge zyklisch jeweils einem der nachfolgend,
d. h. nach der Durchführung
der Referenzmessung, ermittelten Detektionszeitpunkte als Winkellage
der Welle zugeordnet. Vorzugsweise wird für jede Drehrichtung der Welle
eine Referenzmessung vorgenommen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist folgende Vorteile auf:
- – Fehler,
die durch mechanische Fertigungstoleranzen bedingt sind oder aus
nicht idealem Verhalten der Sensoren resultieren, werden auf einfache
Weise kompensiert.
- – Die
genaue Kenntnis der Detektionszeitpunkte und der zugehörigen Winkellagen
der Welle ermöglicht eine
präzise
Erfassung der Drehzahl der Welle.
- – Durch
Extrapolation ist es zudem möglich,
auch die genaue Winkellage der Welle zu zwischen den Detektionszeitpunkten
liegenden Zeitpunkten zu ermitteln.
- – Das
Verfahren ist mit einer kostengünstig
herstellbaren Vorrichtung durchführbar.
Eine derartige Vorrichtung umfaßt
eine als Magnetanordnung ausgebildete Geberanordnung mit einer der
Anzahl der Geber entsprechenden Anzahl von Magnetpolen sowie mehrere
als Magnetfelddetektoren ausgebildete Sensoren, wobei die Magnetanordnung
vorzugsweise mindestens einen als Permanentmagneten ausgebildeten
Magneten aufweist und wobei die Magnetfelddetektoren vorzugsweise
als Hallsensoren, vorteilhafterweise als digitale Hallsensoren ausgebildet
sind.
- – Ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet des Verfahrens ist die Steuerung elektronisch
kommutierter (bürstenloser)
Motoren. Für
die Steuerung eines derartigen, einen Stator und einen Rotor aufweisenden
Motors ist die genaue Kenntnis der Winkellage des Rotors erforderlich.
Diese Winkellage ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf einfache
und kostengünstige
Weise ermittelbar. Vorzugsweise fungiert dabei der Rotor des Motors
sowohl als Mittel zum Antreiben der Welle als auch als Geberanordnung
zur Ermittlung der Winkellage des Rotors und der Welle. Die Referenzmessung
kann einmalig bei der ersten Inbetriebnahme des Motors vorgenommen
werden, sie kann aber auch mehrmals vorgenommen werden, beispielsweise
bei jeder erneuten Inbetriebnahme des Motors oder während des
Betriebs.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren
näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Ermittlung der Winkellage eines Rotors eines elektronisch
kommutierten Motors,
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2 eine
Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung
aus 1,
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3 ein
Impulsdiagram mit Sensorsignalen, die eine Vorrichtung gemäß 2 liefert,
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4 eine
Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung
aus 1,
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5 ein
Impulsdiagram mit Sensorsignalen, die eine Vorrichtung gemäß 4 liefert,
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6 eine
Schaltungsanordnung zur Auswertung der Sensorsignale aus 3 oder 4.
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Gemäß 1 weist
der Rotor 10 eine Welle 11 und eine mit der Welle 11 fest
verbundene zylindrische Magnetanordnung auf. Die Magnetanordnung
ist als Permanentmagnet ausgebildet und fungiert als Geberanordnung 12,
die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
acht Magnetpole P1, P2, ..., Pm als Geber aufweist, welche abwechselnd
entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Der einem
Geber P1, ..., Pm entsprechende Winkel, d. h. der durch die Grenzen
eines Magnetpols P1, ..., Pm und der Drehachse der Welle gebildete
Winkel, wird im folgenden als Geberwinkel oder Polwinkel bezeichnet.
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Die
Vorrichtung weist ferner eine auf die Geberanordnung 12 ansprechende
Sensoranordnung mit drei Sensoren 1, 2, 3 auf,
die auf einem als Leiterplatte ausgeführten Träger 13 derart positioniert
sind, daß sie
sich in unmittelbarer Nähe
der Ma gnetpole P1, ... Pm befinden. Die Magnetpole P1, ... Pm werden
somit bei sich drehender Welle 11 an den Sensoren 1, 2, 3 vorbeibewegt.
Auf dem Träger 13 sind
mehrere Anschlüsse
vorgesehen, und zwar ein Anschluß für die Versorgungsspannung Vcc
der Sensoren 1, 2, 3, ein Anschluß für das Bezugspotential
Gnd der Sensoren 1, 2, 3, ein Anschluß für das Sensorsignal
S1 des Sensors 1, ein Anschluß für das Sensorsignal S2 des Sensors 2 und
ein Anschluß für das Sensorsignal
S3 des Sensors 3. Die Sensoren 1, 2, 3 sind
als digitale Hallsensoren ausgebildet, so daß die Sensorsignale S1, S2,
S3 Signalflanken aufweisen, die dann auftreten, wenn die Grenze
zwischen zwei benachbarten Magnetpole P1, ... Pm am jeweiligen Sensor 1, 2, 3 vorbeibewegt
wird. Diese Signalflanken werden im folgenden als Hallflanken und
die Zeitpunkte, zu denen sie auftreten, als Detektionszeitpunkte
bezeichnet.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wirkt der Rotor 10 als Geberanordnung. Das erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich
jedoch ohne weiteres auch auf Vorrichtungen übertragen, die Magnetgabelschranken, Lichtgabelschranken,
eine Unterbrecherscheibe oder ein Geberzahnrad als Geberanordnung
und geeignete Sensoren als Nehmer aufweisen.
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Gemäß 2 sind
die Sensoren 1, 2, 3 in einem ersten
Ausführungsbeispiel
derart positioniert, daß der
Sollwert des Winkels γ12 zwischen dem Sensor 1 und dem
Sensor 2 gleich 2/3 des Polwinkels γ Pol / m eines Magnetpols Pm ist und
der Sollwert des Winkels γ13 zwischen dem Sensor 1 und dem
Sensor 3 gleich 4/3 des Polwinkels γ Pol / m eines Magnetpols Pm ist. Im
Idealfall würden
diese Sollwerte genau eingehalten werden, die Sensoren 1, 2, 3 kein
Hystereseverhalten aufweisen, die Grenzübergänge P12, ... Pm1 zwischen den
Magnetpolen P1, ... Pm klar definiert sein, die Polwinkel γ Pol / 1, ... γ Pol / m aller Magnetpole
P1, ... Pm gleich groß sein
und die von den Sensoren 1, 2, 3 generierten
Hallflanken wären
dann paarweise gegeneinander um 60° elektrisch versetzt. Der Begriff "elektrisch" verdeutlicht hierbei,
daß es
sich bei diesem 60°-Winkel
um einen Phasenwinkel der elektrischen Signale und nicht um die
Lage des Rotors 10 handelt.
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Wird
der Rotor 10 in mathematisch positive Richtung, d. h. gegen
Uhrzeigersinn gedreht, so erhält
man für
die Sensorsignale S1, S2, S3 das in 3 gezeigten
Signalmuster. Die Hallflanken sind in der Reihenfolge ihres Auftretens
mit H1, H2, H3, ... Hm3 bezeichnet und die Detektionszeitpunkte,
zu denen sie auftreten, sind entsprechend mit T1,
T2, ... Tm·3,
bezeichnet, wobei m für
die Anzahl der Magnetpole, im vorliegenden Ausführungsbeispiel für den Wert 8,
steht. Jede Änderung
des logischen Pegels eines der drei Sensorsignale S1, S2, S3, d.
h. jede Hallflanke, bestimmt die Grenze eines 60° elektrisch breiten Segments
und setzt damit den Kommutierungsvorgang der Motorströme in Gang.
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Aufgrund
von unvermeidbaren Fertigungstoleranzen und nichtidealen Eigenschaften
der Sensoren 1, 2, 3 weichen die ermittelten
Detektionszeitpunkte T1, T2,
... Tm·3,
von den im Idealfall zu erwartenden Detektionszeitpunkten ab. Zur
genauen Ermittlung der Winkellage der Welle 11 ist es daher
erforderlich, diese Abweichung zu kompensieren.
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Hierzu
wird nach dem Motorstart zunächst
eine Referenzmessung vorgenommen. Während dieses Meßvorgangs
werden die Zeitintervalle ΔT1, ΔT2, ..., d. h. die Flankenabstände zwischen
aufeinanderfolgenden Hallflanken H1, H2, H3, ..., ermittelt und
in der Reihenfolge des Auftretens der zugehörigen Hallflanken H1 bzw. H2
bzw. ... als Zeitintervallmeßwerte
in einer Meßwerttabelle
abgespeichert. Des weiteren werden für jede Hallflanke H1, H2, ...
auch die sich danach ergebenden logischen Pegel der Sensorsignale
S1, S2, S3 abgespeichert.
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Pro
Wellenumdrehung werden eine bestimmte Anzahl ANZ von Messungen durchgeführt, wobei
diese Anzahl ANZ gleich dem Produkt aus der Anzahl m der Magnetpole
P1, ... Pm und der Anzahl der Sensoren 1, 2, 3 ist.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
mit acht Magnetpolen P1, ... Pm und drei Sensoren 1, 2, 3 gilt somit
ANZ = m·3
= 24.
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Im
Anschluß an
die Anzahl ANZ von Messungen sind für die nachfolgend beschriebenen
Algorithmen noch die nächsten
drei aus der weiteren Wellendrehung resultie renden Detektionszeitpunkte
TANZ+1, TANZ+2, TANZ+3 zu erfassen und entsprechende Zeitintervalle ΔTANZ, ΔTANZ+1, ΔTANZ+2 in die Meßwerttabelle zu hinterlegen.
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Die
Störsicherheit
läßt sich
erhöhen,
indem die Zeitintervalle ΔT1, ΔT2 ... für
mehrere Wellenumdrehungen ausgewertet werden, wobei für jede dieser
Wellenumdrehungen alle Zeitintervalle erfaßt und als Zeitintervallmeßwerte in
die Meßwerttabelle
hinterlegt werden. Die Anzahl MessANZ der in der Meßwerttabelle hinterlegten
Zeitintervallmeßwerte
bestimmt sich somit zu MessANZ = n·ANZ + 2, wobei n für die Anzahl
der Wellenumdrehungen steht.
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Im
Anschluß an
die Meßwertaufnahme
erfolgt die Auswertung der Zeitintervallmeßwerte. Den Magnetpolen P1,
... Pm werden hierzu jeweils eine Nummer k = 1 ... m als Index zugeordnet.
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In
einem ersten Schritt wird für
jeden Magnetpol Pk das seiner Magnetpolbreite entsprechende Zeitintervall
T Pol / k berechnet. Dieses Zeitintervall ist dabei gleich der Zeit, die
erforderlich ist, um den betreffenden Magnetpol Pk vollständig am
Sensor 1 vorbeizubewegen. Für die Magnetpole Pk mit den
Indizes k = 2 ... m werden diese Zeitintervalle mit der Gleichung TPolk = ΔT3(k–1) + ΔT3(k–1)+1 + ΔT3(k–1)+2 (1.1)und für den Magnetpol
P1 mit dem Index k = 1 mit der Gleichung TPol1 = TPolm+1 – ΔTANZ + ΔTANZ+1 + ΔTANZ+2 (1.2)berechnet. ΔTi = Ti+1 – Ti steht dabei für den i-ten Zeitintervallmeßwert aus
der Meßwerttabelle.
Die ersten zwei Zeitintervalle ΔT1 und ΔT2 werden somit nicht ausgewertet, dafür werden
aber, wie aus Gleichung (1 .2) ersichtlich wird, die ersten drei
Zeitintervalle ΔTANZ, ΔTANZ+1, ΔTANZ+2 der nächsten Wellenumdrehung ausge wertet.
Insgesamt entspricht die Summe der mit den obigen Gleichungen ausgewerteten
Zeitintervalle ΔT3, ... ΔTANZ+2 einer vollständigen Wellenumdrehung.
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Des
weiteren werden für
jeden Magnetpol Pk mit k = 1 ... m Zeitintervalle T 12 / k und T 13 / k berechnet,
die benötigt
werden, um den betreffenden Magnetpol Pk vom Sensor 1 zum Sensor 2 bzw.
vom Sensor 1 zum Sensor 3 zu bewegen. Die Zeitintervalle
T 12 / 1, ... T 12 / m sind dabei proportional zum Winkelversatz γ12 zwischen Sensor 1 und
Sensor 2 und die Zeitintervalle T 13 / 1, ... T 13 / m sind proportional
zum Winkelversatz γ13 zwischen Sensor 1 und Sensor 3.
Die Berechnung dieser Zeitintervalle erfolgt für k = 2 ... m nach folgenden
Gleichungen T12k = ΔT3(k–1)+1 + ΔT3(k–1)+2 für k = 2
... m (1.3) T13k = ΔT3(k–1) +
2·ΔT3(k–1)+1 + ΔT3(k–1)+2 für k = 2
... m (1.4)und
für k =
1 nach folgenden Gleichungen T121 = T12m+1 = ΔTANZ+1 + ΔTANZ+2 (1.5) T131 = T13m+1 = ΔTANZ +
2·ΔTANZ+1 + ΔTANZ+2 (1.6)
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Drehzahlschwankungen,
die während
der Meßwertaufnahme
auftreten, werden für
k = 1 ... m mit folgender Gleichung eliminiert
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Im
nächsten
Schritt erfolgt die Umrechnung der ermittelten Zeitintervalle T Pol / k,
T 12 / k und T 13 / k in Winkelwerte. Die Umrechnung erfolgt nach folgenden Gleichungen
wobei φ Pol / k den der
Polbreite des Magnetpols Pk entsprechenden Winkelwert darstellt, φ 12 / k den mit
dem Magnetpol Pk ermittelten Winkelversatz zwischen den Sensoren
1 und
2 darstellt
und φ 13 / k den
mit dem Magnetpol Pk ermittelten Winkelversatz zwischen den Sensoren
1 und
3 darstellt.
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Die
Winkelwerte werden im vorliegenden Fall in Grad angegeben, denkbar
ist jedoch auch eine Umrechnung der Winkelwerte in Radiant oder
die Normierung der Winkelwerte auf einen bestimmten Winkelwert.
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Pro
Wellenumdrehung erhält
man m Winkelwerte für
den Winkelversatz φ 12 / k zwischen
den Sensoren
1 und
2 und ebenfalls m Winkelwerte
für den
Winkelversatz φ 13 / k zwischen
den Sensoren
1 und
3. Durch Mittelwertsbildung
können
Störungen,
die beispielsweise aus dem hystereseförmigen Schaltverhalten der
Sensoren
1,
2,
3 resultieren, wirksam
unterdrückt
werden. Die gemittelten Winkelwerte für den Winkelversatz φ 12 / k bzw. φ 13 / k werden
mit γ
12 bzw. γ
13 bezeichnet und folgendermaßen berechnet
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Werden
bei der Referenzmessung die Detektionszeitpunkte mehrerer Wellenumdrehungen
ausgewertet, so können
für die
den Polbreiten der Magnetpole entsprechenden Winkelwerte φ Pol / k ebenfalls
Mittelwerte gebildet werden. Die Berechnung erfolgt nach Gleichung
wobei
n für die
Anzahl der Wellenumdrehungen steht.
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Die
jedem Magnetpolübergang
P12, ... Pm1 entsprechenden Drehwinkelwerte γ Magnet / k der Welle
11 lassen
sich unter der Annahme, daß die
Winkelposition der Welle
11 bei der ersten Hallflanke H1
null Grad beträgt, über folgenden
Algorithmus in absolute Winkelpositionen γ
i berechnen:
γMagnet1 = 0 (1.14) γMagnetk = γMagnetk–1 + γPolk–1 für k = 2 ... m (1.15) γ3·k–2 = θ3·k–2 für k = 1
... m (1.16) γ3·k–1 = θ3·k–1 + γ13 für k = 1
... m (1.17) γ3·k = θ3·k + γ12 für k = 1
... m (1.18)wobei
für k =
1 folgende Hilfswerte
und für k = 2 ... m folgende Hilfswerte
berechnet werden
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Die
Winkelposition γi mit i = 1 ... 3·m stellt dabei den exakten
Wert der der Hallflanke Hi entsprechenden Wellenlage dar. Damit
lassen sich für
alle einer Wellenumdrehung entsprechenden Hallflanken H1, ... Hm3 und
somit für
alle während
einer Wellenumdrehung detektierten Detektionszeitpunkte T1, ... Tm ·3 die
zugehörigen
tatsächlichen
Winkelpositionen γi mit i = 1, ... 3·m der Welle 1 ermitteln und
in der Meßwerttabelle
entsprechend dem Index i der zugehörigen Hallflanke Hi ablegen.
Beim anschließenden
bestimmungsgemäßen Betrieb
wird dann der Index i mit jeder Hallflanke aktualisiert und die
diesem aktualisierten Index entsprechende Winkelposition γi aus
der Meßwerttabelle
als momentane Wellenlage ausgelesen. Der Index i wird dabei bei seiner
Aktualisierung so oft um den Wert Eins erhöht, bis der Wert i = 3·m, im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
also der Wert i = 24, erreicht ist. Auf diesen Wert folgt dann wieder
der Wert i = 1, d. h. die Meßwerttabelle ist
als zyklische Tabelle angelegt.
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Fehler
in der Indizierung der Tabelle oder in den Sensorsignalen S1, S2,
S3 der Sensoren 1, 2, 3 können durch
einen Vergleich zwischen dem bei jeder Hallflanke eingelesenen logischen
Pegel der Sensorsignale S1, S2, S3 und den während der Referenzmessung ermittelten
und in der Meßwerttabelle
abgespeicherten Pegeln der Sensorsignale erkannt werden. Weichen
die Pegel voneinander ab, so liegt ein Fehler vor. Der Sensor, der
das fehlerhafte Sensorsignal lieferte, läßt sich ohne weiteres aus den
Pegeln vor und nach der letzten detektierten Hallflanke ermitteln.
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Die
tatsächlichen
Winkelpositionen γi werden für beide Drehrichtungen der
Welle ermittelt. Dadurch lassen sich Fehler ausgleichen, die aus
dem hystereseförmigen
Schaltverhalten der Sensoren 1, 2, 3 resultieren.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das sich von dem in 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel
dadurch unterscheidet, daß der
Sensor 3 in der Mitte zwischen den Sensoren 1 und 2 positioniert
ist. Somit ist der Sollwert des Winkels γ12 zwischen
Sensor 1 und Sensor 2 weiterhin gleich 2/3 des
Polwinkels γ Pol / m eines
Magnetpols Pm, der Sollwert des Winkels γ13 zwischen
Sensor 1 und Sensor 3 ist nunmehr jedoch gleich
1/3 des Polwinkels γ Pol / m eines
Magnetpols Pm.
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Wenn
der Rotor 10 des Ausführungsbeispiels
gemäß 4 in
mathematisch positive Richtung gedreht wird, dann erhält man für die Sensorsignale
S1, S2, S3 das in 5 gezeigte Signalmuster.
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Die
Berechnung der Winkelpositionen γi für
i = 1 ... 3·m
erfolgt analog zu dem oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 beschriebenen
Verfahren.
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So
werden den Magnetpolen P1, ... Pm ebenfalls jeweils eine Nummer
k = 1 ... m als Index zugeordnet und für jeden Magnetpol Pk das der
Polbreite dieses Magnetpols Pk entsprechende Zeitintervall T Pol / k gemäß den Gleichungen TPolk = ΔT3(k–1)+1 + ΔT3(k–1)+2 + ΔT3(k–1)+3 für k = 1
... m (2.1)berechnet.
Weiterhin werden für
jeden Magnetpol Pk die Zeitintervalle T 12 / k und T 13 / k berechnet, wobei folgende Gleichungen
zum Einsatz kommen T12k = ΔT3(k–1)+1 + ΔT3(k–1)+2 für k = 1
... m (2.3) T13k = ΔT3(k–1)+1 für k = 1
... m (2.4)
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Drehzahlschwankungen
der Welle
11, die während
der Meßwertaufnahme
auftreten, werden für
k = 1 ... m mit der Gleichung
eliminiert.
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Die
Umrechnung der ermittelten Zeitintervalle T Pol / k, T 12 / k und T 13 / k in Winkelwerte
erfolgt nach den Gleichungen
wobei φ Pol / k ebenfalls
den der Polbreite des Magnetpols Pk entsprechenden Winkelwert darstellt, φ 12 / k ebenfalls den
mit dem Magnetpol Pk ermittelten Winkelversatz zwischen den Sensoren
1 und
2 darstellt
und φ 13 / k ebenfalls
den mit dem Magnetpol Pk ermittelten Winkelversatz zwischen den
Sensoren
1 und
3 darstellt.
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Denkbar
ist wiederum auch eine Umrechnung der Winkelwerte in Radiant oder
die Normierung der Winkelwerte auf einen bestimmten Winkelwert.
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Weiterhin
werden gemittelten Winkelwerte
und
gebildet.
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Werden
bei der Referenzmessung die Detektionszeitpunkte mehrerer Wellenumdrehungen
ausgewertet, so können
für die
den Polbreiten der Magnetpole P1, ... Pm entsprechenden Winkelwerte φ Pol / k ebenfalls Mittelwerte
gebildet
werden, wobei n für
die Anzahl der Wellenumdrehungen steht.
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Die
Winkelpositionen γ
i mit i = 1 ... 3·m lassen sich mit folgenden
Gleichungen berechnen:
γMagnet1 =0 (2.14) γMagnetk = γMagnetk–1 + γPolk–1 für k = 2 ... m (2.15) γ3·k–2 = θ3·k–2 für k = 1
... m (2.16) γ3·k–1 = θ3·k–1 + γ13 für k = 1
... m (2.17) γ3·k = θ3·k + γ12 für k = 1
... m (2.18)wobei
für k =
1 folgende Hilfswerte
und für k = 2 ... m folgende Hilfswerte
berechnet werden
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Die
Winkelpositionen γi mit i = 1 ... 3·m werden dann, wie oben im
Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß 2 beschrieben,
der Ermittlung der tatsächlichen
Wellenlage zugrundegelegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
läßt sich
mit geringem Schaltungsaufwand realisieren. Gemäß 6 weist
eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens einen
Mikrokontroller 80, drei EXOR-Gatter 25, 35, 45,
ein weiteres logisches Gatter 50 und drei RC-Glieder 23, 33, 43 auf.
Die Sensorsignale S1, S2, S3 werden dabei jeweils einem Eingangsanschluß des Mikrokontrollers 80 und
jeweils auf direktem Wege sowie jeweils über eines der RC-Glieder 23 bzw. 33.
bzw. 43 einem der EXOR-Gatter 25 bzw. 35.
bzw. 45 zugeführt.
Die EXOR-Gatter 25, 35, 45 erzeugen somit
impulsförmige
Signale, wobei ein Impuls eine von der Zeitkonstanten des jeweiligen
RC-Glieds abhängige
Breite aufweist und zu einem Zeitpunkt auftritt, zu dem das dem
jeweiligen EXOR-Gatter zugeführte
Sensorsignal S1, S2, S3 eine Signalflanke aufweist. Die Ausgangssignale
der EXOR-Gatter 25, 35, 45 werden schließlich in
dem beispielsweise als ODER-Gatter ausgeführten logischen Gatter 50 zu
einem Detektorsignal zusammengefaßt, das zu den Zeitpunkten
des Auftretens der Hallflanken, d. h. zu den Detektionszeitpunkten,
Impulse aufweist, und das dem Mikrokotroller 80 als Meßsignal
zugeführt
wird.
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Der
Mikrokontroller 80 umfaßt ein Rechenwerk ALU, einen
Speicher ROM/RAM mit einem Bereich für das Ablaufprogramm und einem
Bereich für
die Meßwerttabelle,
einen Eingangsport I, dem die Sensorsignale S1, S2, S3 zugeführt werden,
eine Erfassungseinheit C1, der das vom Gatter 50 abgegebene
Detektorsignal zugeführt
wird, sowie ein taktgesteuertes Zählwerk C2 zur Ermittlung der
Zeitdifferenz zwi schen den Impulsen des Detektorsignals. Die Zeitintervalle
zwischen den Hallflanken werden somit im Mikrokontroller 80 ermittelt.