专利名称：监控借助于分解器对旋转轴的转子角进行确定的方法、装置和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于监控借助于分解器对旋转轴的转子角进行确定的方法和装置以及系统。
背景技术：
在借助于电驱动运动的机 器情况下，所谓的分解器经常用于确定机器运动，其方式是，分解器检测与电动机耦合的旋转轴的转子角或转子角变化，由此可以确定机器元件的位置，所述机器元件借助于电驱动或轴运动。分解器是成本低的以磁方式工作的编码器(Geber)。所述分解器利用在至少一个转子绕组和至少两个定子绕组之间的与角度有关的耦合。典型地，分解器包括第一定子绕组、第二定子绕组和转子绕组，其中第二定子绕组的绕组轴线与第一定子绕组的绕组轴线成直角，所述转子绕组与旋转轴抗扭地连接。两个定子绕组通常固定地布置在编码器的外壳中。分解器在双倍极距内直接提供转子角。从角度变化中可以确定转速。此外，也参照有关的专业文献。在安全关键的应用中，需要所使用的编码器系统的可诊断性。因此为了能够在安全关键的应用中将成本低的分解器用作为编码器，需要除了借助于分解器确定转子角之外还实现分解器功能的可信性或监控，以便例如能够识别分解器的故障或缺陷并且对于该情况引起电驱动的关断。
发明内容
本发明所基于的任务是，提供用于监控借助于分解器对旋转轴的转子角进行确定的方法和装置以及系统，其能够实现可靠的和成本低地可实现的监控并且尤其是可容易地集成到用于利用分解器确定角度的传统系统中。本发明通过根据权利要求I的方法、根据权利要求8的装置和根据权利要求9的系统来解决该任务。优选的实施形式是从属权利要求的主题，所述从属权利要求的表述以此通过引用而成为说明书的内容。在用于监控借助于分解器对旋转轴的转子角进行确定的方法中，分解器包括第一定子绕组、至少一个第二定子绕组和至少一个转子绕组，其中所述至少一个第二定子绕组的绕组轴线相对于第一定子绕组的绕组轴线旋转预定的角度、尤其是90°，所述至少一个转子绕组与旋转轴抗扭地连接。为了确定转子角执行以下步骤给第一定子绕组施加具有励磁频率和与转子角有关的第一幅度的尤其是正弦形的第一励磁交变电压，给至少一个第二定子绕组施加具有励磁频率和与转子角有关的第二幅度的尤其是正弦形的第二励磁交变电压，并且借助于调节器这样产生第一幅度和第二幅度，使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二励磁交变电压在静止状态下不感生电压，其中调节器的调整参量映射转子角。基于励磁信号所产生的磁交变场在静止状态下与转子绕组的轴线垂直。这样的方法在公开文献DE 38 34 384 Al中得以描述，该文献在避免不必要的重复的程度上通过引用而成为说明书的主题。为了监控转子角的确定执行以下步骤给第一定子绕组施加具有与励磁频率不同的测试频率的尤其是正弦形的第一测试交变电压，和给至少一个第二定子绕组施加具有测试频率的尤其是正弦形的第二测试交变电压，其中第一和第二测试交变电压或其幅度这样与转子角有关地、也即根据调节器的、映射转子角的调整参量来产生，使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二测试交变电压持久地感生交变电压。不言而喻，励磁交变电压和/或测试交变电压也可以通过相应的励磁交变电流或测试交变电流来代替。在至少一个转子绕组中基于第一和第二测试交变电压感生的交变电压可以被用于分解器功能的可信性/监控。在一种改进方案中，第一和第二测试交变电压、尤其是其幅度根据转子角这样来产生，使得基于第一和第二测试交变电压所产生的磁交变场基本上并行于转子绕组的绕组轴线延伸。在一种改进方案中，测试频率可表示为 ft = k * fe,其中ft表示测试频率，fe表示励磁频率,并且k是大于零的有理数。优选地，k=2,也即测试频率是励磁频率的两倍那样大。在一种改进方案中，为了确定转子角仅仅使用在转子绕组中感生的这种信号分量，所述信号分量由第一和第二励磁交变电压引起，也即在确定转子角时抑制了测试交变电压的贡献。在一种改进方案中，基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量被分析用于确定分解器的线路中断、短路和/或机械缺陷和/或被分析用于冗余地确定转子角。在一种改进方案中，借助于相关将在至少一个转子绕组中基于励磁交变电压和测试交变电压感生的电压分离成基于测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量和基于励磁交变电压在转子绕组中感生的信号分量。通过这种方式可以按照信号分量分开地进行分析，也即可以传统地仅基于仅仅基于励磁交变电压在转子绕组中感生的信号分量来进行转子角的确定，而为此不需要高成本的滤波器来抑制由测试交变电压造成的就此而言干扰性的信号分量。用于监控旋转轴的转子角的确定的装置被构造用于执行上述方法，并且包括用于给第一定子绕组施加具有励磁频率和与转子角有关的第一幅度的尤其是正弦形的第一励磁交变电压的装置、用于给至少一个第二定子绕组施加具有励磁频率和与转子角有关的第二幅度的尤其是正弦形的第二励磁交变电压的装置、和用于借助于调节器这样产生第一幅度和第二幅度使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二励磁交变电压在静止状态下不感生电压的装置，其中调节器的调整参量映射转子角。此外设置用于给第一定子绕组施加具有与励磁频率不同的测试频率的尤其是正弦形的第一测试交变电压的装置、用于给至少一个第二定子绕组施加具有测试频率的尤其是正弦形的第二测试交变电压的装置，其中第一和第二测试交变电压或其幅度这样与转子角有关地被产生，使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二测试交变电压持久地感生交变电压，以及此外设置用于分析基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量、用于确定分解器的线路中断、短路和/或机械缺陷和/或用于冗余地确定转子角的装置。所述系统包括分解器以及上述分解器监控装置。
下面参照示出本发明的优选实施形式的附图描述本发明。在此情况下示意性地 图I示出用于监控借助于分解器对旋转轴的转子角进行确定的本发明系统。
具体实施例方式图I示出具有分解器以及用于监控分解器的规定功能的装置的本发明系统1000。分解器具有第一定子绕组200、第二定子绕组201和转子绕组202，其中所述第二 定子绕组的绕组轴线相对于第一定子绕组的绕组轴线旋转90°，所述转子绕组与旋转轴100抗扭地连接。要确定的转子角用V表示。系统或分解器包括例如以具有后接的放大器的D/A转换器形式的装置300，用于给第一定子绕组200施加具有4kHz的励磁频率fe和与转子角有关的第一幅度Aif的第一
正弦形励磁交变电压U= sin sin litfj ;例如以具有后接的放大器的D/A转换器形
式的装置301，用于给第二定子绕组201施加具有励磁频率fe和与转子角有关的第二幅度
的第二正弦形励磁交变电压人二醫爭 Sin 2对y ;和装置304a，用于借助于集
成在装置304a中的调节器这样产生第一幅度和第二幅度使得在转子绕组202中基于第一
和第二励磁交变电压CZh和在静止或稳态状态下不感生电压，其中调节器的调整参
量映射转子角。装置304a以及调节器以微处理器或信号处理器304和所属的软件为形式实现。此外，也参照DE 38 34 384 Al。监控装置包括例如以具有后接的放大器的D/A转换器形式的装置302，用于给第一定子绕组200施加具有SkHz的测试频率ft的第一正弦形测试交变电压
Utl = cosip sin;例如以具有后接的放大器的d/a转换器形式的装
置303，用于给第二定子绕组201施加具有测试频率ft的第二正弦形测试交变电压
Ua = - sin q> sin 2^1，其中第一和第二测试交变电压u和￠/,这样与
转子角有关地、也即根据当前借助于分解器确定的转子角被产生，使得在转子绕组202中持久地感生交变电压。由装置300和302产生的信号或电压在加法环节401中相加或叠加，接着借助于放大器501放大并且施加给第一定子绕组200。相应地，由装置301和303产生的信号或电压在加法环节400中相加或叠加，接着借助于放大器500放大并且施加给第二定子绕组201。在所示的实施形式中，示出了励磁交变电压和测试交变电压借助于分开的D/A转换器和模拟加法器的分开的模拟生成以及其相加。不言而喻，励磁交变电压和测试交变电压的相加也可以已经以数字信号生成的形式进行。在转子绕组202中感生的交变电压首先通过放大器306放大，通过A/D转换器305数字化并且在微处理器或信号处理器304中被分析。为此首先借助于相关将在转子绕组202中感生的、放大的和接着数字化的交变电压分离成基于励磁交变电压在转子绕组202中感生的信号分量和基于测试交变电压在转子绕组202中感生的信号分量。为了相互独立地确定所述信号分量的幅度和符号，以64kHz的频率对转子绕组电压采样。从而对于4kHz周期产生16个采样值V(n)，n=0. . 15。为了确定幅度执行如下相关
权利要求
1.用于监控借助于分解器对旋转轴(100)的转子角(炉)进行确定的方法， -其中分解器包括 —第一定子绕组(200)， 一至少一个第二定子绕组(201)，其绕组轴线相对于第一定子绕组的绕组轴线旋转预定的角度，和 —至少一个转子绕组(202)，其与旋转轴抗扭地连接， -其中为了确定转子角执行以下步骤 -给第一定子绕组施加具有励磁频率(fe)和第一幅度(sin φ)的尤其是正弦形的第一励磁交变电压(c/p1 )， -给至少一个第二定子绕组施加具有励磁频率和第二幅度(COSf)的尤其是正弦形的第二励磁交变电压(1',2 )，和 -借助于调节器这样产生第一幅度和第二幅度，使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二励磁交变电压在静止状态下不感生电压，其中调节器的调整参量映射转子角， 其特征在于， -为了监控转子角的确定执行以下步骤 -给第一定子绕组施加具有与励磁频率不同的测试频率(ft)的尤其是正弦形的第一测试交变电压和 -给至少一个第二定子绕组施加具有测试频率的尤其是正弦形的第二测试交变电压(U12 )，其中第一和第二测试交变电压这样产生，使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二测试交变电压持久地感生交变电压。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，第一和第二测试交变电压根据转子角这样来产生，使得基于第一和第二测试交变电压所产生的磁交变场基本上平行于转子绕组的绕组轴线。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于， -能将测试频率表示为fl = k * fe,其中ft表示测试频率，fe表示励磁频率并且k是大于零的有理数。
4.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，为了确定转子角仅使用这种在转子绕组中感生的、由第一和第二励磁交变电压引起的信号分量。
5.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于， -基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量被分析用于确定分解器的线路中断、短路和/或机械缺陷。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于， -基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量被分析用于冗余地确定转子角。
7.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，在至少一个转子绕组中基于第一和第二励磁交变电压和第一和第二测试交变电压感生的电压借助于相关被分离成基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量和基于第一和第二励磁交变电压在转子绕组中感生的信号分量。
8.用于监控借助于分解器对旋转轴(100)的转子角进行确定的装置， -其中分解器包括 —第一定子绕组(200)， 一至少一个第二定子绕组(201)，其绕组轴线相对于第一定子绕组的绕组轴线旋转预定的角度，和 —至少一个转子绕组(202)，其与旋转轴抗扭地连接， -其中所述装置包括 -装置(300)，用于给第一定子绕组施加具有励磁频率(f；)和第一幅度(shl炉)的尤其是正弦形的第一励磁交变电压(￡/(...s)， --装置(301)，用于给至少一个第二定子绕组施加具有励磁频率和第二幅度(COS<p)的尤其是正弦形的第二励磁交变电压(OtH )，和 --装置(304a)，用于借助于调节器这样产生第一幅度和第二幅度使得在至少一个转子绕组中基于第一和第二励磁交变电压在静止状态下不感生电压，其中调节器的调整参量映射转子角， 其特征在于， -装置(302 )，用于给第一定子绕组施加具有与励磁频率不同的测试频率(ft)的尤其是正弦形的第一测试交变电压(D7fl )， -装置(303)，用于给至少一个第二定子绕组施加具有测试频率的尤其是正弦形的第二测试交变电压(&%)，其中第一和第二测试交变电压这样来产生，使得在至少一个转子 I, -ma绕组中基于第一和第二测试交变电压持久地感生交变电压，和 -装置(304b)，用于分析基于第一和第二测试交变电压在转子绕组中感生的信号分量，用于确定分解器的线路中断、短路和/或机械缺陷和/或用于冗余地确定转子角。
9.系统,包括 -分解器，包括 —至少一个第一定子绕组(200)， 一至少一个第二定子绕组(201)，其绕组轴线与至少一个第一定子绕组的绕组轴线成预定的角度，和 —至少一个转子绕组(202)，其与旋转轴抗扭地连接，其中 —分解器被构造用于借助于转子激发或定子激发来确定转子角，和 -按照权利要求8所述的装置。
全文摘要
在用于监控借助于分解器对旋转轴(100)的转子角()进行确定的方法中，为了监控转子角的确定执行以下步骤给分解器的第一定子绕组(200)施加(302，401，501)具有不同于分解器的励磁频率(fe)的测试频率(ft)的第一测试交变电压，并且给分解器的至少一个第二定子绕组(201)施加(303，400，500)具有测试频率的第二测试交变电压，其中第一和第二测试交变电压被产生为使得在分解器的至少一个转子绕组(202)中基于第一和第二测试交变电压而持久地感生交变电压。
文档编号G01D5/20GK102713525SQ201080062027
公开日2012年10月3日 申请日期2010年11月18日 优先权日2009年11月20日
发明者A.帕斯特纳克, H.迪科普, K-D.蒂斯特 申请人:伦茨自动化有限责任公司