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DE102015218945A1 - Signal transmitter with improved detection of the angle signal - Google Patents

Signal transmitter with improved detection of the angle signal Download PDF

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Publication number
DE102015218945A1
DE102015218945A1 DE102015218945.7A DE102015218945A DE102015218945A1 DE 102015218945 A1 DE102015218945 A1 DE 102015218945A1 DE 102015218945 A DE102015218945 A DE 102015218945A DE 102015218945 A1 DE102015218945 A1 DE 102015218945A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
signal
resulting
sensors
cosine
sine
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102015218945.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Timur Werner
Konrad Kapser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infineon Technologies AG
Valeo eAutomotive Germany GmbH
Original Assignee
Infineon Technologies AG
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies AG, Siemens AG filed Critical Infineon Technologies AG
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Priority to CN201610859990.3A priority patent/CN107014284B/en
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Abstract

Ein Signalgeber (2) weist ein Drehelement (9) auf, das um eine Rotationsachse (7) drehbar ist. Der Signalgeber (2) weist weiterhin eine Anzahl von Sensoren (10) auf, die jeweils ein Sinussignal (y) und ein Cosinussignal (x) ausgeben. Das Sinussignal (y) und das Cosinussignal (x) des jeweiligen Sensors (10) sind, bezogen auf eine jeweilige Referenzrichtung (11), charakteristisch für den Sinus und den Cosinus der Drehstellung (α) des Drehelements (9). Die Referenzrichtungen (11) sind orthogonal zur Rotationsachse (7) orientiert. Der Signalgeber (2) weist eine Recheneinheit (14) auf, der die Sinussignale (y) und die Cosinussignale (x) zugeführt werden. Die Recheneinheit (14) ermittelt durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale (y) und der Cosinussignale (x) der Sensoren (10) ein resultierendes Sinussignal (yR) und ein resultierendes Cosinussignal (xR). Die Recheneinheit (14) stellt das resultierende Sinussignal (yR) und das resultierende Cosinussignal (xR) zur weitergehenden Verarbeitung bereit. Alternativ oder zusätzlich ermittelt die Recheneinheit (14) durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals (yR) und des resultierenden Cosinussignals (xR) ein resultierendes Winkelsignal (αR) und stellt das resultierende Winkelsignal (αR) zur weitergehenden Verarbeitung bereit.A signal generator (2) has a rotary element (9) which is rotatable about a rotation axis (7). The signal generator (2) also has a number of sensors (10), which each output a sinusoidal signal (y) and a cosine signal (x). The sine signal (y) and the cosine signal (x) of the respective sensor (10) are, with respect to a respective reference direction (11), characteristic of the sine and cosine of the rotational position (α) of the rotary member (9). The reference directions (11) are oriented orthogonally to the axis of rotation (7). The signal generator (2) has a computing unit (14) to which the sinewave signals (y) and the cosine signals (x) are supplied. The arithmetic unit (14) determines by arithmetic combination of the sine signals (y) and the cosine signals (x) of the sensors (10) a resulting sine signal (yR) and a resulting cosine signal (xR). The arithmetic unit (14) provides the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) for further processing. Alternatively or additionally, the arithmetic unit (14) determines by trigonometric evaluation of the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) a resulting angle signal (αR) and provides the resulting angle signal (αR) for further processing.

Description

Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Signalgeber,

  • – wobei der Signalgeber ein Drehelement aufweist, das um eine Rotationsachse drehbar ist,
  • – wobei der Signalgeber eine Anzahl von Sensoren aufweist,
  • – wobei die Sensoren jeweils ein Sinussignal und ein Cosinussignal ausgeben,
  • – wobei das Sinussignal und das Cosinussignal des jeweiligen Sensors, bezogen auf eine jeweilige Referenzrichtung, charakteristisch für den Sinus und den Cosinus der Drehstellung des Drehelements sind,
  • – wobei die Referenzrichtungen orthogonal zur Rotationsachse orientiert sind,
  • – wobei der Signalgeber eine Recheneinheit aufweist, der die Sinussignale und die Cosinussignale zugeführt werden.
The present invention is based on a signal generator,
  • Wherein the signal transmitter has a rotary element which is rotatable about an axis of rotation,
  • Wherein the signal generator has a number of sensors,
  • Wherein the sensors each output a sine signal and a cosine signal,
  • Wherein the sine signal and the cosine signal of the respective sensor, with respect to a respective reference direction, are characteristic of the sine and the cosine of the rotational position of the rotary element,
  • Wherein the reference directions are oriented orthogonal to the axis of rotation,
  • - Wherein the signal generator has a computing unit to which the sine signals and the cosine signals are supplied.

Die vorliegende Erfindung geht weiterhin aus von einer elektrischen Maschine,

  • – wobei die elektrische Maschine einen Rotor und einen Stator aufweist,
  • – wobei der Rotor auf einer Rotorwelle angeordnet ist und eine Anzahl von Polpaaren aufweist,
  • – wobei bezüglich des Stators ortsfest eine Anzahl von Sensoren eines Signalgebers angeordnet ist und
  • – wobei an der Rotorwelle ein mit den Sensoren zusammenwirkendes drehbares Drehelement des Signalgebers angeordnet ist.
The present invention is further based on an electrical machine,
  • Wherein the electric machine has a rotor and a stator,
  • Wherein the rotor is arranged on a rotor shaft and has a number of pole pairs,
  • - With respect to the stator stationary a number of sensors of a signal generator is arranged and
  • - Wherein on the rotor shaft cooperating with the sensors rotatable rotary member of the signal generator is arranged.

Bei der feldorientierten Regelung von elektrischen Maschinen ist die Kenntnis der Lage und/oder der Drehzahl der Magnetflussachse (= elektrischer Winkel) der elektrischen Maschine erforderlich. Die Ausrichtung des Magnetflusses ist eng mit der Drehstellung des Rotors der elektrischen Maschine gekoppelt. Die Drehstellung des Rotors korrespondiert mit dem mechanischen Winkel des Rotors. Im Falle einer zweipoligen elektrischen Maschine ist die Drehstellung des Rotors mit dem für die feldorientierte Regelung relevanten elektrischen Winkel identisch. Wenn jedoch die Anzahl an Magnetpolpaaren des Rotors größer als 1 ist, gilt stattdessen die Beziehung φel = n·φmech (1) In the field-oriented control of electrical machines, the knowledge of the position and / or the speed of the magnetic flux axis (= electrical angle) of the electric machine is required. The orientation of the magnetic flux is closely coupled to the rotational position of the rotor of the electric machine. The rotational position of the rotor corresponds to the mechanical angle of the rotor. In the case of a two-pole electric machine, the rotational position of the rotor is identical to the electrical angle relevant for field-oriented regulation. However, if the number of magnetic pole pairs of the rotor is greater than 1, the relationship applies instead φ el = n · φ mech (1)

Hierbei bezeichnet φel den elektrischen Winkel, φmech den mechanischen Winkel und n die Anzahl an Magnetpolpaaren des Rotors. Here, φ el denotes the electrical angle, φ mech the mechanical angle and n the number of magnetic pole pairs of the rotor.

Im Stand der Technik existiert eine Vielzahl von Signalgebern der eingangs genannten Art, wobei das von der Recheneinheit des Signalgebers bereitgestellte Winkelsignal mit dem mechanischen Winkel korrespondiert. Die Anzahl an Sensoren beträgt 1. Beispiele derartiger Signalgeber sind auf magnetoresistiven Technologien basierende Signalgeber. In the prior art, there are a large number of signal generators of the aforementioned type, wherein the angle signal provided by the arithmetic unit of the signal generator corresponds to the mechanical angle. The number of sensors is 1. Examples of such signal transmitters are based on magnetoresistive technology signal generator.

Für viele Anforderungen arbeiten die bekannten Signalgeber bereits recht gut. In manchen Fällen ist jedoch eine erhöhte Genauigkeit des von der Recheneinheit ermittelten Winkelsignals erforderlich. Die erhöhte Genauigkeit kann insbesondere für eine gute Regelung von elektrischen Maschinen erforderlich sein, deren Rotor eine Anzahl von Magnetpolpaaren aufweist, die größer als 1 ist. For many requirements, the known signalers are already working quite well. In some cases, however, an increased accuracy of the angle signal determined by the arithmetic unit is required. The increased accuracy may be required, in particular, for a good control of electrical machines whose rotor has a number of magnetic pole pairs that is greater than one.

Bei magnetoresistiven Signalgebern wurde versucht, Drehelemente zu verwenden, welche nicht als magnetische Dipole, sondern als magnetische Quadrupole oder höhere Pole ausgebildet sind. Das vom Signalgeber erfasste Signal spiegelt in diesem Fall jedoch die höhere Polzahl des magnetischen Drehelements nicht wider. In der Praxis wird daher auf andere, oftmals erheblich komplexere Ansätze zurückgegriffen. In magnetoresistive signalers, it has been attempted to use rotary elements which are not formed as magnetic dipoles but as magnetic quadrupoles or higher poles. However, the signal detected by the signal generator in this case does not reflect the higher number of poles of the magnetic rotary element. In practice, therefore, other, often considerably more complex approaches are used.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einfach realisierbare Möglichkeiten zu schaffen, mittels derer das Winkelsignal mit verbesserter Genauigkeit ermittelt werden kann. The object of the present invention is to provide easily realizable possibilities by means of which the angle signal can be determined with improved accuracy.

Die Aufgabe wird durch einen Signalgeber mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Signalgebers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 9. The object is achieved by a signal generator with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the signal generator according to the invention are the subject of the dependent claims 2 to 9.

Erfindungsgemäß wird ein Signalgeber der eingangs genannten Art dadurch ausgestaltet,

  • – dass die Recheneinheit durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale und der Cosinussignale der Sensoren ein resultierendes Sinussignal und ein resultierendes Cosinussignal ermittelt und
  • – dass die Recheneinheit das resultierende Sinussignal und das resultierende Cosinussignal zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt und/oder durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals und des resultierenden Cosinussignals ein resultierendes Winkelsignal ermittelt und das resultierende Winkelsignal zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt.
According to the invention, a signal generator of the type mentioned is configured by
  • - That the arithmetic unit determined by arithmetic combination of the sine signals and the cosine signals of the sensors, a resulting sine signal and a resulting cosine signal and
  • - That the arithmetic unit provides the resulting sine signal and the resulting cosine signal for further processing and / or determined by trigonometric evaluation of the resulting sine signal and the resulting cosine signal, a resulting angle signal and provides the resulting angle signal for further processing.

Es werden also Additionen, Subtraktionen und eventuell auch Multiplikationen der von den Sensoren ausgegebenen Sinussignale und Cosinussignale durchgeführt. Divisionen sind im Regelfall nicht erforderlich. Die genannten Rechenoperationen sind – in Verbindung mit der Auslegung der Sensoren – derart aufeinander abgestimmt, dass das resultierende Sinussignal und das resultierende Cosinussignal und gegebenenfalls auch das ermittelte resultierende Winkelsignal eine verbesserte Genauigkeit aufweisen. Aufgrund des Umstands, dass lediglich einfache arithmetische Operationen durchgeführt werden müssen, sind die Anforderungen an die Rechenleistung relativ gering. Thus, additions, subtractions and possibly also multiplications of the sine signals and cosine signals output by the sensors are carried out. Divisions are usually not required. The said arithmetic operations are - in conjunction with the design of the sensors - coordinated so that the resulting sine signal and the resulting cosine signal and possibly also the determined resulting angle signal have improved accuracy. Due to the fact that only simple arithmetic operations are performed need, the demands on the computing power are relatively low.

In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Anzahl an Sensoren größer als 1 ist und dass die Referenzrichtungen der Sensoren paarweise jeweils einen Winkel bilden, der sowohl von 0° als auch von 180° verschieden ist. Die Winkelangaben 0° und 180° sind – selbstverständlich – auf geometrisch-mechanische Winkel bezogen. Dies gilt auch für weitere Winkelangaben, soweit nachfolgend nicht ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass es sich um elektrische Winkel handelt. In a first preferred embodiment, it is provided that the number of sensors is greater than 1 and that the reference directions of the sensors in pairs each form an angle which is different both from 0 ° and from 180 °. The angles 0 ° and 180 ° are - of course - related to geometric-mechanical angle. This also applies to other angles, unless it is expressly stated below that they are electrical angles.

Durch diese Ausgestaltung ist es – je nach Anzahl an Sensoren – insbesondere möglich, mit hoher Genauigkeit ein Winkelsignal zu ermitteln, das pro (mechanische) Umdrehung des Drehelements um die Rotationsachse mehrere Perioden aufweist, beispielsweise 2, 3, 4, ... Perioden. Depending on the number of sensors, this configuration makes it possible in particular to determine with high accuracy an angle signal which has several periods per (mechanical) rotation of the rotary element about the axis of rotation, for example 2, 3, 4,.

Es ist möglich, dass die Anzahl an Sensoren gerade ist. In diesem Fall bilden die Referenzrichtungen der Sensoren vorzugsweise ein Raster mit einem Winkelabstand von 180°/n, wobei n die Anzahl an Sensoren ist. It is possible that the number of sensors is even. In this case, the reference directions of the sensors preferably form a grid with an angular spacing of 180 ° / n, where n is the number of sensors.

Alternativ ist es möglich, dass die Anzahl an Sensoren ungerade ist. Auch in diesem Fall können die Referenzrichtungen der Sensoren ein Raster mit einem Winkelabstand von 180°/n bilden, wobei n die Anzahl an Sensoren ist. In diesem Fall ist es alternativ jedoch ebenso möglich, dass die Referenzrichtungen der Sensoren ein Raster mit einem Winkelabstand von 360°/n bilden. Alternatively, it is possible that the number of sensors is odd. Also in this case, the reference directions of the sensors can form a grid with an angular separation of 180 ° / n, where n is the number of sensors. In this case, however, it is alternatively also possible for the reference directions of the sensors to form a grid with an angular spacing of 360 ° / n.

In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Recheneinheit das Sinussignal und das Cosinussignal eines der Sensoren zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt und/oder durch trigonometrische Auswertung des Sinussignals und des Cosinussignals eines der Sensoren ein weiteres Winkelsignal ermittelt und auch das weitere Winkelsignal zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere erreicht werden, dass zusätzlich zur Bereitstellung des resultierenden Sinussignals und des resultierenden Cosinussignals und/oder des anhand des resultierenden Sinussignals und des resultierenden Cosinussignals ermittelten resultierenden Winkelsignals (d.h. im Ergebnis eines elektrischen Winkels) auch der mechanische Winkel bzw. die dem mechanischen Winkel zu Grunde liegenden Signale mit zur Verfügung gestellt werden. Dies kann im Rahmen einer Lageregelung von Vorteil sein. In a further embodiment, it is provided that the arithmetic unit provides the sine signal and the cosine signal of one of the sensors for further processing and / or determines a further angle signal by trigonometric evaluation of the sine signal and the cosine signal of one of the sensors and also provides the further angle signal for further processing. This refinement makes it possible, in particular, to achieve, in addition to the provision of the resulting sine signal and the resulting cosine signal and / or the resultant angle signal (ie, as a result of an electrical angle), also the mechanical angle or the angle determined using the resulting sine signal and the resulting cosine signal mechanical angle underlying signals are provided with. This can be advantageous in the context of a position control.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Sensoren auf einem einzigen Chip angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere die Anordnung der Sensoren relativ zueinander besonders zuverlässig eingestellt werden. Auch ist dadurch eine Anordnung der einzelnen Sensoren nahe aneinander möglich. It is preferably provided that the sensors are arranged on a single chip. By this configuration, in particular the arrangement of the sensors relative to each other can be adjusted particularly reliable. This also makes an arrangement of the individual sensors close to one another possible.

Vorzugsweise ist auf dem Chip auch die Recheneinheit angeordnet. Dies bewirkt, dass das Ausgangssignal des Chips vom Ansatz her dasselbe ist wie bei einem Chip des Standes der Technik, wobei jedoch die Sinussignale und die Cosinussignale der Sensoren auf erfindungsgemäße Weise verarbeitet wurden. Preferably, the arithmetic unit is also arranged on the chip. This causes the output of the chip to be the same in design as a prior art chip, but with the sinusoidal and cosine signals of the sensors processed in accordance with the present invention.

Wie bereits erwähnt, ist es möglich, dass im Falle einer Änderung der Drehstellung des Drehelements eine Änderung des resultierenden Sinussignals und des resultierenden Cosinussignals mit einer Änderung eines ganzzahligen Vielfachen der Änderung der Drehstellung des Drehelements korrespondiert. Durch diese Ausgestaltung kann insbesondere direkt ein Winkelsignal ermittelt oder zur Verfügung gestellt werden, dessen Periodizität auf die Anzahl an Magnetpolpaaren des Rotors der elektrischen Maschine abgestimmt ist, deren elektrische Ansteuerung unter Verwendung des Winkelsignals durchgeführt wird. As already mentioned, it is possible that in the case of a change in the rotational position of the rotary element, a change of the resulting sine signal and the resulting cosine signal corresponds to a change of an integer multiple of the change in the rotational position of the rotary member. By this embodiment, in particular directly an angle signal can be determined or made available, the periodicity is matched to the number of magnetic pole pairs of the rotor of the electric machine, the electrical control is performed using the angle signal.

Die Technologie, auf der die Sensoren basieren, kann nach Bedarf sein. Derzeit ist bevorzugt, dass die Sensoren als magnetoresistive Sensoren ausgebildet sind. Beispielsweise können die Sensoren auf dem GMR-, dem AMR-, den TMR- oder einem anderen magnetoresistiven Effekt basieren. The technology on which the sensors are based can be on demand. At present, it is preferred that the sensors are designed as magnetoresistive sensors. For example, the sensors may be based on the GMR, AMR, TMR or other magnetoresistive effect.

Die Aufgabe wird weiterhin durch eine elektrische Maschine mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine ist Gegenstand des abhängigen Anspruchs 11. The object is further achieved by an electric machine with the features of claim 10. An advantageous embodiment of the electric machine according to the invention is the subject of the dependent claim 11.

Erfindungsgemäß ist bei einer elektrischen Maschine der eingangs genannten Art der Signalgeber erfindungsgemäß ausgebildet. According to the invention, the signal generator is formed according to the invention in an electrical machine of the type mentioned.

Vorzugsweise ist der Signalgeber derart auf die elektrische Maschine abgestimmt, dass sich bei Drehung des Rotors mit einer Drehzahl im Falle einer Bereitstellung des resultierenden Sinussignals und des resultierenden Cosinussignals durch die Recheneinheit das resultierende Sinussignal und das resultierende Cosinussignal und im Falle einer Bereitstellung des resultierenden Winkelsignals durch die Recheneinheit das resultierende Winkelsignal mit einer Frequenz ändern und dass der Quotient der Frequenz der von der Recheneinheit bereitgestellten Signale mit der Drehzahl des Rotors gleich der Anzahl an Polpaaren des Rotors ist. Preferably, the signal generator is tuned to the electric machine such that upon rotation of the rotor at a speed in the case of providing the resulting sine signal and the resulting cosine signal by the computing unit, the resulting sine signal and the resulting cosine signal and in the case of providing the resulting angle signal the arithmetic unit changes the resulting angle signal at a frequency and that the quotient of the frequency of the signals provided by the arithmetic unit with the rotational speed of the rotor is equal to the number of pole pairs of the rotor.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen in schematischer Darstellung: The above-described characteristics, features and advantages of this invention as well as the manner in which they are achieved are clearer and more clearly understood in the context of the following description of the embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings. Here are shown in a schematic representation:

1 eine perspektivische Darstellung einer elektrischen Maschine und eines erfindungsgemäßen Signalgebers, 1 a perspective view of an electrical machine and a signal generator according to the invention,

2 eine Schnittdarstellung durch die elektrische Maschine von 1, 2 a sectional view through the electric machine of 1 .

3 einen Querschnitt durch einen Rotor der elektrischen Maschine von 1, 3 a cross section through a rotor of the electric machine of 1 .

4 eine schematische Darstellung eines Sensors, 4 a schematic representation of a sensor,

5 eine Darstellung eines Sinussignals und eines Cosinussignals, 5 a representation of a sine signal and a cosine signal,

6 schematisch ein Blockschaltbild eines Signalgebers, 6 schematically a block diagram of a signal generator,

7 einen Signalgeber mit zwei Sensoren, 7 a signal transmitter with two sensors,

8 einen Signalgeber mit vier Sensoren, 8th a signal transmitter with four sensors,

9 einen Signalgeber mit drei Sensoren und 9 a signal transmitter with three sensors and

10 einen weiteren Signalgeber mit drei Sensoren. 10 another signal transmitter with three sensors.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit der in den 1 bis 3 schematisch dargestellten elektrischen Maschine 1 erläutert, welche den in 1 ebenfalls dargestellten Signalgeber 2 aufweist, weil dies den häufigsten Anwendungsfall darstellt. Soweit es den Signalgeber 2 als solchen betrifft, ist dieser jedoch auch bei anderen Anwendungen einsetzbar. The present invention will hereinafter be described in connection with that in FIGS 1 to 3 schematically illustrated electrical machine 1 explains which in 1 also shown signal generator 2 because this is the most common use case. As far as the signal generator 2 As such, however, this is also applicable to other applications.

Gemäß den 1 und 2 weist die elektrische Maschine 1 einen Rotor 3 und einen Stator 4 auf. Der Rotor 3 ist auf einer Rotorwelle 5 angeordnet, die ihrerseits in Lagern 6 drehbar gelagert ist. Die Rotorwelle 5 und mit ihr der Rotor 3 sind daher um eine Rotationsachse 7 rotierbar. Der Rotor 3 weist entsprechend der Darstellung in 3 eine Anzahl von Polpaaren auf. Dargestellt sind in 3 vier Pole 8, also zwei Polpaare. Die Anzahl an Polpaaren könnte jedoch auch 1 sein oder größer als 2 sein, beispielsweise drei Polpaare, vier Polpaare usw.. According to the 1 and 2 has the electric machine 1 a rotor 3 and a stator 4 on. The rotor 3 is on a rotor shaft 5 arranged, in turn, in camps 6 is rotatably mounted. The rotor shaft 5 and with it the rotor 3 are therefore about an axis of rotation 7 rotatable. The rotor 3 indicates as shown in 3 a number of pole pairs. Shown in 3 four poles 8th So two pairs of poles. However, the number of pole pairs could also be 1 or greater than 2, for example, three pole pairs, four pole pairs, etc ..

Ein Sensorteil des Signalgebers 2 ist bezüglich des Stators 4 ortsfest angeordnet. Insbesondere ist das Sensorteil des Signalgebers 2 in der Regel an einem Lagerschild der elektrischen Maschine 1 angeordnet. Am Rotor 3 ist ein Drehelement 9 des Signalgebers 2 angeordnet. Das Drehelement 9 ist an der Rotorwelle 5 drehfest angeordnet. Es dreht sich also zusammen mit dem Rotor 3. Das Drehelement 9 wirkt mit dem Sensorteil des Signalgebers 2 zusammen. A sensor part of the signal transmitter 2 is with respect to the stator 4 fixedly arranged. In particular, the sensor part of the signal generator 2 usually on a bearing plate of the electric machine 1 arranged. At the rotor 3 is a rotary element 9 of the signaler 2 arranged. The rotary element 9 is on the rotor shaft 5 arranged rotationally fixed. So it's spinning together with the rotor 3 , The rotary element 9 acts with the sensor part of the signal transmitter 2 together.

Insbesondere weist das Sensorteil des Signalgebers 2 eine Anzahl von Sensoren 10 auf. Dargestellt ist in 1 die minimale Anzahl an Sensoren 10, nämlich nur ein einziger Sensor 10. In der Regel – dies wird aus den weiteren Ausführungen ersichtlich werden – sind jedoch mehrere derartige Sensoren 10 vorhanden. In particular, the sensor part of the signal transmitter 2 a number of sensors 10 on. Is shown in 1 the minimum number of sensors 10 that is, only a single sensor 10 , In general - this will be apparent from the other versions - but are more such sensors 10 available.

Nachfolgend wird in Verbindung mit den 4 und 5 zunächst die Funktionsweise eines einzelnen Sensors 10 erläutert. Die entsprechenden Ausführungen gelten jedoch für alle Sensoren 10. Soweit nachfolgend weiterhin nur ein einzelner Sensor 10 behandelt wird oder irrelevant ist, um welchen Sensor 10 es sich handelt, wird nur das Bezugszeichen 10 als solches verwendet. Soweit zwischen verschiedenen Sensoren 10 unterschieden werden muss, wird dem Bezugszeichen 10 jeweils eine Ergänzung hinzugefügt. Beispielsweise wird in diesem Fall vom Sensor 10a, 10b usw. gesprochen. The following is in conjunction with the 4 and 5 First, the operation of a single sensor 10 explained. However, the corresponding explanations apply to all sensors 10 , As far as continue to be only a single sensor 10 is treated or irrelevant to which sensor 10 it is only the reference number 10 used as such. As far as between different sensors 10 must be distinguished, the reference number 10 one supplement each. For example, in this case, the sensor 10a . 10b etc. spoken.

Der Sensor 10 gibt zwei Signale x, y aus. Bezogen auf eine jeweilige Referenzrichtung 11, ist das eine Signal x charakteristisch für den Cosinus der Drehstellung α des Drehelements 9. Das Signal x wird daher nachfolgend als Cosinussignal bezeichnet. In analoger Weise ist das andere Signal y charakteristisch für den Sinus der Drehstellung α des Drehelements 9. Es wird daher nachfolgend als Sinussignal y bezeichnet. Die Referenzrichtung 11 ist orthogonal zur Rotationsachse 7 orientiert. The sensor 10 outputs two signals x, y. Relative to a respective reference direction 11 , that is a signal x characteristic of the cosine of the rotational position α of the rotary member 9 , The signal x is therefore referred to below as a cosine signal. In an analogous manner, the other signal y is characteristic of the sine of the rotational position α of the rotary member 9 , It is therefore referred to below as sinusoidal signal y. The reference direction 11 is orthogonal to the axis of rotation 7 oriented.

Soweit nachfolgend nur die Signale x, y eines einzelnen Sensors 10 behandelt werden oder irrelevant ist, welcher Sensor 10 die entsprechenden Signale x, y ausgibt, werden nur die Bezugszeichen x, y verwendet. Soweit zwischen den Signalen von verschiedenen Sensoren 10 unterschieden werden muss, werden den Bezugszeichen x, y – analog zum Bezugszeichen 10 für die Sensoren – jeweils eine Ergänzung hinzugefügt. Beispielsweise wird bei einem Cosinussignal vom Signal xa, xb usw. gesprochen. Analoge Ausführungen gelten für die Sinussignale y. So far only the signals x, y of a single sensor 10 be treated or irrelevant, which sensor 10 outputs the corresponding signals x, y, only the reference symbols x, y are used. As far as between the signals from different sensors 10 must be distinguished, the reference numerals x, y - analogous to the reference numeral 10 for the sensors - one supplement each added. For example, in the case of a cosine signal, the signal xa, xb, etc. is used. Analogous versions apply to the sine signals y.

Prinzipiell können die Sensoren 10 auf einer beliebigen Technologie basieren, welche die obenstehenden Ergebnisse liefert. In vielen Fällen sind die Sensoren 10 jedoch als magnetoresistive Sensoren ausgebildet. Insbesondere diese Ausgestaltung wird derzeit bevorzugt. In diesem Fall ist das Drehelement 9 als magnetischer Dipol ausgebildet, dessen Magnetisierungsachse orthogonal zur Rotationsachse 7 verläuft. In principle, the sensors can 10 based on any technology that provides the above results. In many cases, the sensors are 10 however, designed as magnetoresistive sensors. In particular, this embodiment is currently preferred. In this case, the rotary element is 9 designed as a magnetic dipole whose magnetization axis orthogonal to the axis of rotation 7 runs.

Im Falle einer Ausgestaltung als magnetoresistive Sensoren 10 weisen die Sensoren 10 entsprechend der Darstellung in 4 zwei H-Brücken 12 mit jeweils vier Widerständen 13 auf. Eine der beiden H-Brücken 12 liefert das Sinussignal y, die andere das Cosinussignal x. In die Widerstände 13 sind in 4 Pfeile eingezeichnet. Wenn – bezogen auf einen der Widerstände 13 – die Richtung des gemessenen Magnetfeldes parallel zu dessen Pfeil verläuft, weist der jeweilige Widerstand 13 einen minimalen Widerstand auf. Wenn die Richtung des gemessenen Magnetfeldes antiparallel zu dem Pfeil verläuft, weist der jeweilige Widerstand 13 einen maximalen Widerstand auf. Diese Ausgestaltung ist Fachleuten allgemein bekannt. Sie ist beispielsweise in dem von der Firma Infineon erhältlichen Sensorchip TLE5012B realisiert und auch im zugehörigen Datenblatt so erläutert. In the case of a configuration as magnetoresistive sensors 10 assign the sensors 10 as shown in 4 two H-bridges 12 each with four resistors 13 on. One of the two H-bridges 12 supplies the sine signal y, the other the cosine signal x. In the resistances 13 are in 4 Arrows drawn. If - related to one of the resistors 13 - The direction of the measured magnetic field is parallel to the arrow, the respective resistance 13 a minimal resistance. When the direction of the measured magnetic field is antiparallel to the arrow, the respective resistance is shown 13 a maximum resistance. This embodiment is well known to those skilled in the art. It is realized, for example, in the sensor chip TLE5012B available from the company Infineon and also explained in the associated data sheet.

Der Signalgeber 2 weist gemäß 6 weiterhin eine Recheneinheit 14 auf. Die Recheneinheit 14 weist zumindest eine Arithmetikeinheit 15 auf. Die Sinussignale y und die Cosinussignale x der Sensoren 10 werden der Recheneinheit 14 zugeführt. In 6 sind hierbei die Sinussignale y und die Cosinussignale x mehrerer Sensoren 10 dargestellt. The signal generator 2 according to 6 furthermore an arithmetic unit 14 on. The arithmetic unit 14 has at least one arithmetic unit 15 on. The sine signals y and the cosine signals x of the sensors 10 become the arithmetic unit 14 fed. In 6 Here are the sine signals y and the cosine signals x of several sensors 10 shown.

Mittels der Arithmetikeinheit 15 ermittelt die Recheneinheit 14 durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale y und der Cosinussignale x der Sensoren 10 ein resultierendes Sinussignal yR und ein resultierendes Cosinussignal xR. Insbesondere erfolgen in der Arithmetikeinheit 15 zur Ermittlung des resultierenden Sinussignals yR und des resultierenden Cosinussignals xR Additionen, Subtraktionen und Multiplikationen der Sinussignale y und der Cosinussignale x der Sensoren 10. Divisionen sind in der Regel nicht erforderlich. Andere Rechenoperationen erfolgen in der Arithmetikeinheit 15 nicht. Das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR können von der Recheneinheit 14 zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellt werden. Beispielsweise können das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR an eine Steuereinrichtung 17 (siehe 2) ausgegeben werden, welche durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals yR und des resultierenden Cosinussignals xR ein resultierendes Winkelsignal αR ermittelt und darauf aufbauend die Ansteuerung einer Umrichtereinheit 18 ermittelt, welche den Stator 4 mit elektrischer Energie versorgt. By means of the arithmetic unit 15 determines the arithmetic unit 14 by arithmetic combination of the sine signals y and the cosine signals x of the sensors 10 a resulting sine signal yR and a resultant cosine signal xR. In particular, in the arithmetic unit 15 for determining the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR, additions, subtractions and multiplications of the sine signals y and the cosine signals x of the sensors 10 , Divisions are usually not required. Other operations are done in the arithmetic unit 15 Not. The resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR can be read by the arithmetic unit 14 be provided for further processing. For example, the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR may be sent to a controller 17 (please refer 2 ), which determines a resulting angle signal αR by trigonometric evaluation of the resulting sinusoidal signal yR and the resulting cosine signal xR and, based on this, the control of a converter unit 18 determines which the stator 4 supplied with electrical energy.

Oftmals weist die Recheneinheit 14 zusätzlich zur Arithmetikeinheit 15 eine Winkelermittlungseinrichtung 16 auf. In diesem Fall werden die beiden resultierenden Signale yR, xR von der Arithmetikeinheit 15 an die Winkelermittlungseinheit 16 übergeben. Mittels der Winkelermittlungseinheit 16 ermittelt die Recheneinheit 14 durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals yR und des resultierenden Cosinussignals xR das resultierende Winkelsignal αR. Das resultierende Winkelsignal αR wird in diesem Fall von der Recheneinheit 14 zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellt. Beispielsweise kann das resultierende Winkelsignal αR (siehe 2) an die Steuereinrichtung 17 ausgegeben werden. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Winkelermittlungseinheit 16 sind Fachleuten allgemein bekannt. Insbesondere kann unter Berücksichtigung der Vorzeichen der beiden resultierenden Signale yR, xR der Quadrant bestimmt werden, in dem das resultierende Winkelsignal αR liegen muss. Weiterhin kann innerhalb des Quadranten der Wert des resultierenden Winkelsignals αR durch eine der Beziehungen αR = arctan(yR/xR) (2) αR = arccot(xR/yR) (3) oder eine äquivalente Vorgehensweise bestimmt werden. Das resultierende Winkelsignal αR kann im Einzelfall mit dem mechanischen Winkel – also der Drehstellung des Drehelements 9 – korrespondieren. In vielen Fällen wird es jedoch ein ganzzahliges Vielfaches des mechanischen Winkels sein. Often, the arithmetic unit points 14 in addition to the arithmetic unit 15 an angle detection device 16 on. In this case, the two resulting signals yR, xR from the arithmetic unit 15 to the angle detection unit 16 to hand over. By means of the angle detection unit 16 determines the arithmetic unit 14 by trigonometric evaluation of the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR, the resulting angle signal αR. The resulting angle signal αR is in this case from the arithmetic unit 14 provided for further processing. For example, the resulting angle signal αR (see 2 ) to the controller 17 be issued. The structure and mode of operation of the angle detection unit 16 are well known to those skilled in the art. In particular, taking into account the signs of the two resulting signals yR, xR, the quadrant can be determined in which the resulting angle signal αR must lie. Furthermore, within the quadrant, the value of the resulting angle signal αR may be determined by one of the relationships αR = arctane (yR / xR) (2) αR = arccot (xR / yR) (3) or an equivalent procedure. The resulting angle signal αR can in the individual case with the mechanical angle - ie the rotational position of the rotary member 9 - correspond. In many cases, however, it will be an integer multiple of the mechanical angle.

In der Regel werden von der Recheneinheit 14 entweder das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR oder das resultierende Winkelsignal αR zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellt. Es ist jedoch nicht ausgeschlossen, dass von der Recheneinheit 14 sowohl das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR als auch das resultierende Winkelsignal αR zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellt werden. Usually are from the arithmetic unit 14 either the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR or the resulting angle signal αR are provided for further processing. However, it is not excluded that from the arithmetic unit 14 Both the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR and the resulting angle signal αR are provided for further processing.

Nachfolgend wird in Verbindung mit der Minimalkonfiguration (ein einziger Sensor 10, der ein Sinussignal y und ein Cosinussignal x ausgibt) eine mögliche einfache Implementierung der vorliegenden Erfindung erläutert. Danach werden in Verbindung mit den weiteren FIG komplexere Ausgestaltungen erläutert. The following is in connection with the minimum configuration (a single sensor 10 which outputs a sine signal y and a cosine signal x) explains a possible simple implementation of the present invention. Thereafter, more complex embodiments will be explained in connection with the other FIG.

Man nehme an, bei einer Drehung des Rotors 3 um seine Rotationsachse 7 um einen (mechanischen) Basiswinkel α soll das resultierende Winkelsignal αR mit dem Doppelten des Basiswinkels α korrespondieren. In diesem Fall müssen das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR diesen Sachverhalt widerspiegeln. Es muss also gelten xR = cos(2α) (4) yR = sin(2α) (5) Suppose, with a rotation of the rotor 3 around its axis of rotation 7 around a (mechanical) base angle α, the resulting angle signal αR should correspond to twice the base angle α. In this case, the resulting sinusoidal signal yR and the resulting cosine signal xR must reflect this situation. So it has to apply xR = cos (2α) (4) yR = sin (2α) (5)

Aus den allgemein bekannten Additionstheoremen für Sinus und Cosinus ergibt sich demzufolge, dass in der Arithmetikeinheit 13 die Berechnungen xR = x·x – y·y (6) yR = 2·x· y (7) durchgeführt werden müssen. Wenn dies geschieht, ergibt sich für das resultierende Winkelsignal αR das gewünschte Resultat. It follows from the well-known addition theorems for sines and cosines that in the arithmetic unit 13 the calculations xR = x · x - y · y (6) yR = 2 · x · y (7) must be performed. When this happens, the desired result is obtained for the resulting angle signal αR.

In der Minimalkonfiguration ist, wie soeben ausgeführt, ein einziger Sensor 10 vorhanden. In der Regel ist die Anzahl an Sensoren 10 jedoch größer als 1. Dies führt regelmäßig zu einer verbesserten Genauigkeit bei der Ermittlung der resultierenden Signale yR, xR und αR. In the minimal configuration, as just stated, is a single sensor 10 available. In general, the number of sensors 10 but greater than 1. This regularly leads to improved accuracy in determining the resulting signals yR, xR and αR.

Im Falle der Ausgestaltung gemäß 7 weist der Signalgeber 2 beispielsweise zwei Sensoren 10a, 10b auf. Die Referenzrichtungen 11 der Sensoren 10a, 10b bilden gemäß 7 einen Winkel β. Der Winkel β beträgt bei der Ausgestaltung gemäß 7 90°. Im Rahmen anderer Ausgestaltungen kann der Winkel β von 90° verschieden sein. Auch dann gilt jedoch stets, dass der Winkel β sowohl von 0° als auch von 180° verschieden ist. In the case of the embodiment according to 7 points the signal generator 2 for example, two sensors 10a . 10b on. The reference directions 11 the sensors 10a . 10b form according to 7 an angle β. The angle β is in the embodiment according to 7 90 °. In the context of other embodiments, the angle β may be different from 90 °. Even then, however, it always applies that the angle β is different both from 0 ° and from 180 °.

Im Falle der Ausgestaltung von 7 ermittelt die Recheneinheit 14 (genauer: die Arithmetikeinheit 15) das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale ya, yb und der Cosinussignale xa, xb vorzugsweise wie folgt: xR = –xa·yb – ya·xb (8) yR = –ya·yb + xa·xb (9) In the case of the embodiment of 7 determines the arithmetic unit 14 (more precisely, the arithmetic unit 15 ) the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR by arithmetically combining the sine signals ya, yb and the cosine signals xa, xb preferably as follows: xR = -xa * yb-ya * xb (8) yR = -ya * yb + xa * xb (9)

Analog zu der Vorgehensweise bei der Minimalkonfiguration korrespondiert somit bei einer Drehung des Rotors 3 um seine Rotationsachse 7 um einen (mechanischen) Basiswinkel α das resultierende Winkelsignal αR mit dem Doppelten des Basiswinkels α. Aufgrund der Verwendung mehrerer Sensoren 10a, 10b kann die Ermittlung jedoch mit verbesserter Genauigkeit erfolgen. Theoretisch kann auch bei der Ausgestaltung gemäß 7 ein höheres Vielfaches als das Zweifache des Basiswinkels α ermittelt werden. In der Regel führt dies jedoch zu relativ großen Fehlern. Analogous to the procedure in the minimum configuration thus corresponds to a rotation of the rotor 3 around its axis of rotation 7 around a (mechanical) base angle α, the resulting angle signal αR at twice the base angle α. Due to the use of multiple sensors 10a . 10b However, the determination can be made with improved accuracy. Theoretically, also in the embodiment according to 7 a higher multiple than twice the base angle α can be determined. Usually, however, this leads to relatively large errors.

8 zeigt einen weiteren Signalgeber 2 und dessen Sensoren 10. Bei der Ausgestaltung gemäß 8 sind vier Sensoren 10a bis 10d vorhanden. Im Falle der Ausgestaltung von 8 beträgt der Winkel β – je nachdem, welche Sensoren 10 herangezogen werden – 45°, 90° oder 135°. 8th shows another signal generator 2 and its sensors 10 , In the embodiment according to 8th are four sensors 10a to 10d available. In the case of the embodiment of 8th the angle is β - depending on which sensors 10 be used - 45 °, 90 ° or 135 °.

Im Rahmen der Ausgestaltung gemäß 8 ermittelt die Arithmetikeinheit 15 das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale ya bis yd und der Cosinussignale xa bis xd vorzugsweise wie folgt: In the context of the embodiment according to 8th determines the arithmetic unit 15 the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR by arithmetically combining the sine signals ya to yd and the cosine signals xa to xd preferably as follows:

Zunächst ermittelt die Arithmetikeinheit 15 Zwischensignale xZ1, xZ2, yZ1, yZ2 gemäß folgenden Beziehungen: xZ1 = –xa·yc + ya·xc (10) xZ2 = –xb·yd – yb·xd (11) yZ1 = –ya·yc – xc·xa (12) yZ2 = –yb·yd + xd·xb (13) First, the arithmetic unit determines 15 Intermediate signals xZ1, xZ2, yZ1, yZ2 according to the following relationships: xZ1 = -xa * yc + ya * xc (10) xZ2 = -xb * yd -yb * xd (11) yZ1 = -ya * yc-xc * xa (12) yZ2 = -yb * yd + xd * xb (13)

Sodann ermittelt die Arithmetikeinheit 15 anhand der Zwischensignale xZ1, xZ2, yZ1, yZ2 gemäß folgenden Beziehungen die beiden resultierenden Signale xR, yR: xR = –xZ1·yZ2 – yZ1·xyZ2 (14) yR = –yZ1· yZ2 + xZ2·xZ1 (15) Then the arithmetic unit determines 15 based on the intermediate signals xZ1, xZ2, yZ1, yZ2 according to the following relationships, the two resulting signals xR, yR: xR = -xZ1 * yZ2 -yZ1 * xyZ2 (14) yR = -yZ1 * yZ2 + xZ2 * xZ1 (15)

Bei der Ausgestaltung gemäß 8 korrespondiert somit bei einer Drehung des Rotors 3 um seine Rotationsachse 7 um einen (mechanischen) Basiswinkel α das resultierende Winkelsignal αR mit dem Vierfachen des Basiswinkels α. Aufgrund der Verwendung mehrerer Sensoren 10a bis 10d kann die Ermittlung mit hoher Genauigkeit erfolgen. In the embodiment according to 8th thus corresponds to a rotation of the rotor 3 around its axis of rotation 7 around a (mechanical) base angle α, the resulting angle signal αR at four times the base angle α. Due to the use of multiple sensors 10a to 10d the determination can be done with high accuracy.

In analoger Weise können durch Verwendung entsprechend höherer Anzahlen von Sensoren 10 in Verbindung mit einer entsprechend komplexeren arithmetischen Vorauswertung in der Arithmetikeinheit 15 auch noch höhere ganzzahlige Vielfache des Basiswinkels α mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. In an analogous way, by using correspondingly higher numbers of sensors 10 in conjunction with a correspondingly more complex arithmetic pre-evaluation in the arithmetic unit 15 Even higher integer multiples of the base angle α can be determined with high accuracy.

Für die Anordnung bzw. Orientierung der Sensoren 10 gilt entsprechend der Darstellung in den 7 und 8 in dem Fall dass die Anzahl an Sensoren 10 gerade ist, dass die Referenzrichtungen 11 der Sensoren 10 ein Raster mit einem Winkelabstand von 180°/n bilden. n ist hierbei die Anzahl an Sensoren 10. For the arrangement or orientation of the sensors 10 applies as shown in the 7 and 8th in the case that the number of sensors 10 straight is that the reference directions 11 of the sensors 10 form a grid with an angular distance of 180 ° / n. n is the number of sensors 10 ,

Wenn die Anzahl an Sensoren 10 ungerade ist, können die Referenzrichtungen 11 der Sensoren 10 ebenfalls ein Raster mit einem Winkelabstand von 180°/n bilden, wobei n wieder die Anzahl an Sensoren ist. 9 zeigt die entsprechende Ausgestaltung im Falle von drei Sensoren 10a, 10b, 10c. Alternativ ist es bei einer ungeraden Anzahl von Sensoren 10 möglich, dass die Referenzrichtungen 11 der Sensoren 10 ein Raster mit einem Winkelabstand von 360°/n bilden. Dies ist in 10 dargestellt. If the number of sensors 10 odd, can the reference directions 11 the sensors 10 also form a grid with an angular distance of 180 ° / n, where n is again the number of sensors. 9 shows the corresponding embodiment in the case of three sensors 10a . 10b . 10c , Alternatively, it is an odd number of sensors 10 possible that the reference directions 11 the sensors 10 form a grid with an angular distance of 360 ° / n. This is in 10 shown.

Im Falle der Ausgestaltung gemäß 9 ermittelt die Arithmetikeinheit 15 das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR vorzugsweise gemäß den Beziehungen xR = –4·xa·xb·xc (16) yR = 4·ya·yb·yc (17) In the case of the embodiment according to 9 determines the arithmetic unit 15 the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR preferably in accordance with the relationships xR = -4 xa xb xc (16) yR = 4 · ya · yb · yc (17)

Der Faktor 4 kann prinzipiell vernachlässigt werden, da zur Ermittlung des Winkels αR lediglich die Vorzeichen der beiden resultierenden Größen xR, yR und deren Quotient erforderlich sind. The factor 4 can be neglected in principle, since only the signs of the two resulting quantities xR, yR and their quotient are required to determine the angle αR.

Bei der Ausgestaltung gemäß 9 korrespondiert somit bei einer Drehung des Rotors 3 um seine Rotationsachse 7 um einen (mechanischen) Basiswinkel α das resultierende Winkelsignal αR mit dem Dreifachen des Basiswinkels α. Aufgrund der Verwendung mehrerer Sensoren 10 kann die Ermittlung mit hoher Genauigkeit erfolgen. In the embodiment according to 9 thus corresponds to a rotation of the rotor 3 around its axis of rotation 7 around a (mechanical) base angle α, the resulting angle signal αR at three times the base angle α. Due to the use of multiple sensors 10 the determination can be done with high accuracy.

Bei der Ausgestaltung gemäß 10 ändert sich bei den Gleichungen 16 und 17 jeweils das Vorzeichen, die prinzipielle Ermittlung ist jedoch dieselbe. In the embodiment according to 10 In the case of equations 16 and 17, the sign changes in each case, but the principal determination is the same.

Die obenstehend in Verbindung mit den 9 und 10 erläuterte Vorgehensweise kann auch auf höhere ungerade Anzahlen von Sensoren 10 erweitert werden. Beispielsweise für fünf Sensoren 10a bis 10e ergeben sich für die Ermittlung des Fünffachen des Basiswinkels α die Beziehungen xR = 16·xa·...·xe (18) yR = 16·ya·...· ye (19) The above in connection with the 9 and 10 explained procedure can also apply to higher odd numbers of sensors 10 be extended. For example, for five sensors 10a to 10e arise for the determination of five times the base angle α the relationships xR = 16 · xa · ... · xe (18) yR = 16 · ya · ... · ye (19)

Auch hier kann – analog zu den Gleichungen 16 und 17 – der Faktor 16 prinzipiell vernachlässigt werden. Here, too, the factor 16 can be neglected in principle, analogous to equations 16 and 17.

In der Regel werden von der Recheneinheit 14 ausschließlich das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR und/oder das resultierende Winkelsignal αR zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellt. Es ist jedoch möglich, dass die Recheneinheit 14 zusätzlich zu den genannten resultierenden Signalen yR, xR, αR auch das Sinussignal y und das Cosinussignal x eines der Sensoren 10 zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt. Es ist weiterhin möglich, dass die Recheneinheit 14 – in der Regel entsprechend der Darstellung in 6 zusätzlich zur Winkelermittlungseinheit 16, ausnahmsweise jedoch auch ohne Vorhandensein der Winkelermittlungseinheit 16 – eine weitere Winkelermittlungseinheit 16' aufweist. Wenn die weitere Winkelermittlungseinheit 16' vorhanden ist, werden der weiteren Winkelermittlungseinheit 16' das Sinussignal y und das Cosinussignal x eines der Sensoren 10 zugeführt. Die weitere Winkelermittlungseinheit 16' ermittelt in diesem Fall durch trigonometrische Auswertung dieses Sinussignals y und dieses Cosinussignals x ein weiteres Winkelsignal α, das (im Rahmen der Ermittlungsgenauigkeit) mit dem Basiswinkel übereinstimmt. Das weitere Winkelsignal α wird in diesem Fall von der Recheneinheit 14 ebenfalls zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Der Aufbau und die Wirkungsweise der Winkelermittlungseinheit 16' ist analog zum Aufbau und der Wirkungsweise der Winkelermittlungseinheit 16. Analog zum Verhältnis der resultierenden Signale yR, xR, αR zueinander werden in der Regel entweder das Sinussignal y und das Cosinussignal x eines der Sensoren 10 oder das weitere Winkelsignal α zur weiteren Verarbeitung bereitgestellt. Es können jedoch auch alle drei Signale y, x, α bereitgestellt werden. Usually are from the arithmetic unit 14 only the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR and / or the resulting angle signal αR are provided for further processing. It is possible, however, that the arithmetic unit 14 in addition to the said resulting signals yR, xR, αR, the sine signal y and the cosine signal x of one of the sensors 10 for further processing. It is also possible that the arithmetic unit 14 - usually as shown in 6 in addition to the angle detection unit 16 but in exceptional cases without the presence of the angle detection unit 16 - Another angle detection unit 16 ' having. If the other angle detection unit 16 ' is present, the other angle detection unit 16 ' the sine signal y and the cosine signal x of one of the sensors 10 fed. The further angle determination unit 16 ' determined in this case by trigonometric evaluation of this sine signal y and this cosine signal x another angle signal α, which coincides (within the detection accuracy) with the base angle. The further angle signal α is in this case from the arithmetic unit 14 also provided for further processing. The structure and mode of operation of the angle detection unit 16 ' is analogous to the construction and the mode of operation of the angle detection unit 16 , As a rule, either the sine signal y and the cosine signal x of one of the sensors become analogous to the ratio of the resulting signals yR, xR, αR 10 or the further angle signal α provided for further processing. However, all three signals y, x, α can also be provided.

Die Sensoren 10 können entsprechend der Darstellung in 6 insbesondere auf einem einzigen Chip 20 angeordnet sein. Auf dem Chip 20 kann zugleich auch die Recheneinheit 14 mit angeordnet sein. The sensors 10 can according to the illustration in 6 especially on a single chip 20 be arranged. On the chip 20 can also be the arithmetic unit 14 be arranged with.

Wie obenstehend ausführlich dargelegt, können im Falle einer Änderung der Drehstellung α des Drehelements 9 die korrespondierende Änderung des resultierenden Sinussignals yR und des resultierenden Cosinussignals xR bzw. die korrespondierenden Änderungen des von der Recheneinheit 14 ermittelten und zur weitergehenden Verarbeitung bereitgestellten resultierenden Winkelsignals αR mit einem ganzzahligen vielfachen der Änderung der Drehstellung α des Drehelements 9 korrespondieren. Explizit erläutert wurde dies obenstehend für das Zweifache bis Fünffache. Es sind jedoch auch höhere Vielfache möglich. As explained in detail above, in the event of a change in the rotational position α of the rotary member 9 the corresponding change of the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR or the corresponding changes of the from the arithmetic unit 14 determined and provided for further processing resulting angle signal αR with an integral multiple of the change in the rotational position α of the rotary member 9 correspond. Explicitly explained above was for the two to five times. However, higher multiples are possible.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Signalgebers 2 ist es somit insbesondere möglich, dass bei Drehung des Rotors 3 mit einer Drehzahl das von der Recheneinheit 14 ermittelte und bereitgestellte resultierende Winkelsignal αR sich mit einer Frequenz ändert, wobei der Quotient der Frequenz des von der Recheneinheit 14 ermittelten und bereitgestellten resultierenden Winkelsignals αR mit der Drehzahl des Rotors 3 gleich der Anzahl an Polpaaren ist. Ein analoger Sachverhalt gilt auch für das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR. In beiden Fällen muss lediglich eine geeignete arithmetische Vorauswertung der Sinussignale y und der Cosinussignale x erfolgen. Due to the inventive design of the signal generator 2 Thus, it is particularly possible that upon rotation of the rotor 3 at a speed that of the arithmetic unit 14 determined and provided resulting angle signal αR changes with a frequency, wherein the quotient of the frequency of the computing unit 14 determined and provided resulting angle signal αR with the speed of the rotor 3 is equal to the number of pole pairs. An analogous situation also applies to the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR. In both cases, only a suitable arithmetic pre-evaluation of the sine signals y and the cosine signals x must take place.

Zusammengefasst betrifft die vorliegende Erfindung somit folgenden Sachverhalt:
Ein Signalgeber 2 weist ein Drehelement 9 auf, das um eine Rotationsachse 7 drehbar ist. Der Signalgeber 2 weist weiterhin eine Anzahl von Sensoren 10 auf, die jeweils ein Sinussignal y und ein Cosinussignal x ausgeben. Das Sinussignal y und das Cosinussignal x des jeweiligen Sensors 10 sind, bezogen auf eine jeweilige Referenzrichtung 11, charakteristisch für den Sinus und den Cosinus der Drehstellung α des Drehelements 9. Die Referenzrichtungen 11 sind orthogonal zur Rotationsachse 7 orientiert. Der Signalgeber 2 weist eine Recheneinheit 14 auf, der die Sinussignale y und die Cosinussignale x zugeführt werden. Die Recheneinheit 14 ermittelt durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale y und der Cosinussignale x der Sensoren 10 ein resultierendes Sinussignal yR und ein resultierendes Cosinussignal xR. Die Recheneinheit 14 stellt das resultierende Sinussignal yR und das resultierende Cosinussignal xR zur weitergehenden Verarbeitung bereit. Alternativ oder zusätzlich ermittelt die Recheneinheit 14 durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals yR und des resultierenden Cosinussignals xR ein resultierendes Winkelsignal αR und stellt das resultierende Winkelsignal αR zur weitergehenden Verarbeitung bereit.
In summary, the present invention thus relates to the following facts:
A signaler 2 has a rotating element 9 on, that around a rotation axis 7 is rotatable. The signal generator 2 also has a number of sensors 10 each outputting a sine signal y and a cosine signal x. The sine signal y and the cosine signal x of the respective sensor 10 are, based on a respective reference direction 11 characteristic of the sine and cosine of the rotational position α of the rotary element 9 , The reference directions 11 are orthogonal to the axis of rotation 7 oriented. The signal generator 2 has an arithmetic unit 14 on which the sine signals y and the cosine signals x are supplied. The arithmetic unit 14 determined by arithmetic combination of the sine signals y and the cosine signals x of the sensors 10 a resulting sine signal yR and a resultant cosine signal xR. The arithmetic unit 14 provides the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR for further processing. Alternatively or additionally, the arithmetic unit determines 14 by trigonometric evaluation of the resulting sine signal yR and the resulting cosine signal xR a resulting angle signal αR and provides the resulting angle signal αR for further processing.

Die vorliegende Erfindung weist viele Vorteile auf. Insbesondere kann sie platzsparend und kostengünstig realisiert werden und liefert gute Ergebnisse. The present invention has many advantages. In particular, it can be realized in a space-saving and cost-effective manner and delivers good results.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (11)

Signalgeber, – wobei der Signalgeber ein Drehelement (9) aufweist, das um eine Rotationsachse (7) drehbar ist, – wobei der Signalgeber eine Anzahl von Sensoren (10) aufweist, – wobei die Sensoren (10) jeweils ein Sinussignal (y) und ein Cosinussignal (x) ausgeben, – wobei das Sinussignal (y) und das Cosinussignal (x) des jeweiligen Sensors (10), bezogen auf eine jeweilige Referenzrichtung (11), charakteristisch für den Sinus und den Cosinus der Drehstellung (α) des Drehelements (9) sind, – wobei die Referenzrichtungen (11) orthogonal zur Rotationsachse (7) orientiert sind, – wobei der Signalgeber eine Recheneinheit (14) aufweist, der die Sinussignale (y) und die Cosinussignale (x) zugeführt werden, – wobei die Recheneinheit (14) durch arithmetische Verknüpfung der Sinussignale (y) und der Cosinussignale (x) der Sensoren (10) ein resultierendes Sinussignal (yR) und ein resultierendes Cosinussignal (xR) ermittelt, – wobei die Recheneinheit (14) das resultierende Sinussignal (yR) und das resultierende Cosinussignal (xR) zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt und/oder durch trigonometrische Auswertung des resultierenden Sinussignals (yR) und des resultierenden Cosinussignals (xR) ein resultierendes Winkelsignal (αR) ermittelt und das resultierende Winkelsignal (αR) zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt. Signaling device, - Wherein the signal transmitter is a rotary element ( 9 ), which around a rotation axis ( 7 ), wherein the signal generator has a number of sensors ( 10 ), wherein the sensors ( 10 ) each output a sine signal (y) and a cosine signal (x), - wherein the sine signal (y) and the cosine signal (x) of the respective sensor ( 10 ), relative to a respective reference direction ( 11 ), characteristic of the sine and cosine of the rotational position (α) of the rotary element ( 9 ), the reference directions ( 11 ) orthogonal to the axis of rotation ( 7 ), wherein the signal generator is a computing unit ( 14 ), to which the sinusoidal signals (y) and the cosine signals (x) are supplied, - wherein the arithmetic unit ( 14 ) by arithmetically combining the sine signals (y) and the cosine signals (x) of the sensors ( 10 ) determines a resulting sine signal (yR) and a resulting cosine signal (xR), - wherein the arithmetic unit ( 14 ) provides the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) for further processing and / or determines a resulting angle signal (αR) by trigonometric evaluation of the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) and the resulting angle signal (αR ) for further processing. Signalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Sensoren (10) größer als 1 ist und dass die Referenzrichtungen (11) der Sensoren (10) paarweise jeweils einen Winkel (β) bilden, der sowohl von 0° als auch von 180° verschieden ist. Signaling device according to claim 1, characterized in that the number of sensors ( 10 ) is greater than 1 and that the reference directions ( 11 ) of the sensors ( 10 ) in pairs each form an angle (β) which is different from both 0 ° and 180 °. Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Sensoren (10) gerade ist und dass die Referenzrichtungen (11) der Sensoren (10) ein Raster mit einem Winkelabstand (β) von 180°/n bilden, wobei n die Anzahl an Sensoren (10) ist. Signaling device according to claim 2, characterized in that the number of sensors ( 10 ) is straight and that the reference directions ( 11 ) of the sensors ( 10 ) form a grid with an angular distance (β) of 180 ° / n, where n is the number of sensors ( 10 ). Signalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl an Sensoren (10) ungerade ist und dass die Referenzrichtungen (11) der Sensoren (10) ein Raster mit einem Winkelabstand (β) von 180°/n oder 360°/n bilden, wobei n die Anzahl an Sensoren (10) ist. Signaling device according to claim 2, characterized in that the number of sensors ( 10 ) is odd and that the reference directions ( 11 ) of the sensors ( 10 ) form a grid with an angular spacing (β) of 180 ° / n or 360 ° / n, where n is the number of sensors ( 10 ). Signalgeber nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (14) das Sinussignal (y) und das Cosinussignal (x) eines der Sensoren (10) zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt und/oder durch trigonometrische Auswertung des Sinussignals (y) und des Cosinussignals (x) eines der Sensoren (10) ein weiteres Winkelsignal (α) ermittelt und auch das weitere Winkelsignal (α) zur weitergehenden Verarbeitung bereitstellt. Signaling device according to claim 2, 3 or 4, characterized in that the arithmetic unit ( 14 ) the sine signal (y) and the cosine signal (x) of one of the sensors ( 10 ) for further processing and / or by trigonometric evaluation of the sine signal (y) and the cosine signal (x) of one of the sensors ( 10 ) determines a further angle signal (α) and also provides the further angle signal (α) for further processing. Signalgeber nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10) auf einem einzigen Chip (20) angeordnet sind. Signaling device according to one of the above claims, characterized in that the sensors ( 10 ) on a single chip ( 20 ) are arranged. Signalgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Chip (20) auch die Recheneinheit (14) angeordnet ist. Signaling device according to claim 6, characterized in that on the chip ( 20 ) also the arithmetic unit ( 14 ) is arranged. Signalgeber nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Falle einer Änderung der Drehstellung (α) des Drehelements (9) eine Änderung des resultierenden Sinussignals (yR) und des resultierenden Cosinussignals (xR) mit einer Änderung eines ganzzahligen Vielfachen der Änderung der Drehstellung (α) des Drehelements (9) korrespondiert. Signaling device according to one of the above claims, characterized in that in the event of a change in the rotational position (α) of the rotary element ( 9 ) a change of the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) with a change of an integer multiple of the change of the rotational position (α) of the rotary element ( 9 ) corresponds. Signalgeber nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (10) als magnetoresistive Sensoren ausgebildet sind. Signaling device according to one of the above claims, characterized in that the sensors ( 10 ) are designed as magnetoresistive sensors. Elektrische Maschine, – wobei die elektrische Maschine einen Rotor (3) und einen Stator (4) aufweist, – wobei der Rotor (3) auf einer Rotorwelle (5) angeordnet ist und eine Anzahl von Polpaaren aufweist, – wobei bezüglich des Stators (4) ortsfest eine Anzahl von Sensoren (10) eines Signalgebers (2) nach einem der obigen Ansprüche angeordnet ist und – wobei an der Rotorwelle (5) ein mit den Sensoren (10) zusammenwirkendes drehbares Drehelement (9) des Signalgebers (2) angeordnet ist. Electric machine, - wherein the electric machine has a rotor ( 3 ) and a stator ( 4 ), wherein the rotor ( 3 ) on a rotor shaft ( 5 ) is arranged and has a number of pole pairs, - wherein with respect to the stator ( 4 ) stationary a number of sensors ( 10 ) of a signal generator ( 2 ) is arranged according to one of the above claims and - wherein at the rotor shaft ( 5 ) with the sensors ( 10 ) cooperating rotatable rotary element ( 9 ) of the signal generator ( 2 ) is arranged. Elektrische Maschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei Drehung des Rotors (3) mit einer Drehzahl im Falle einer Bereitstellung des resultierenden Sinussignals (yR) und des resultierenden Cosinussignals (xR) durch die Recheneinheit (14) das resultierende Sinussignal (yR) und das resultierende Cosinussignal (xR) und im Falle einer Bereitstellung des resultierenden Winkelsignals (αR) durch die Recheneinheit (14) das resultierende Winkelsignal (αR) mit einer Frequenz ändern und dass der Quotient der Frequenz der von der Recheneinheit (14) bereitgestellten Signale (yR, xR, αR) mit der Drehzahl des Rotors (3) gleich der Anzahl an Polpaaren des Rotors (3) ist. Electrical machine according to claim 10, characterized in that upon rotation of the rotor ( 3 ) at a speed in the case of providing the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) by the arithmetic unit ( 14 ) the resulting sine signal (yR) and the resulting cosine signal (xR) and in the case of a provision of the resulting angle signal (αR) by the arithmetic unit ( 14 ) change the resulting angle signal (αR) with a frequency and that the quotient of the frequency of the computing unit ( 14 ) provided signals (yR, xR, αR) with the speed of the rotor ( 3 ) equal to the number of pole pairs of the rotor ( 3 ).
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